光カプラ、その構成部品及び製造方法
【課題】光硬化性樹脂を用いた光カプラ
【解決手段】光導波路Ｃｏｒｅで、３つの光入力端Ｉｎと３つの光出力端Ｏｕｔと３つのハーフミラーＨＭとミラーＭが接続されている。光入力端Ｉｎ−ａから入力された信号光は、光出力端Ｏｕｔ−ｂと光出力端Ｏｕｔ−ｃから減衰を伴って取り出すことが可能である。同様に、光入力端Ｉｎ−ｂから入力された信号光は、光出力端Ｏｕｔ−ｃと光出力端Ｏｕｔ−ａから減衰を伴って取り出すことが可能であり、光入力端Ｉｎ−ｃから入力された信号光は、光出力端Ｏｕｔ−ａと光出力端Ｏｕｔ−ｂから減衰を伴って取り出すことが可能である（３．Ａ）。３．Ｂのように、入出力が一体となった、３つの光出力端子を設けた場合も同様である。
【解決手段】光導波路Ｃｏｒｅで、３つの光入力端Ｉｎと３つの光出力端Ｏｕｔと３つのハーフミラーＨＭとミラーＭが接続されている。光入力端Ｉｎ−ａから入力された信号光は、光出力端Ｏｕｔ−ｂと光出力端Ｏｕｔ−ｃから減衰を伴って取り出すことが可能である。同様に、光入力端Ｉｎ−ｂから入力された信号光は、光出力端Ｏｕｔ−ｃと光出力端Ｏｕｔ−ａから減衰を伴って取り出すことが可能であり、光入力端Ｉｎ−ｃから入力された信号光は、光出力端Ｏｕｔ−ａと光出力端Ｏｕｔ−ｂから減衰を伴って取り出すことが可能である（３．Ａ）。３．Ｂのように、入出力が一体となった、３つの光出力端子を設けた場合も同様である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いる光カプラに関する。本発明において光カプラとは、任意の光入力端から入力された信号を、減衰量は異なるにしても全ての光出力端に分配して出力するものを言うものとする。この際、光入力端と光出力端に対となるものがある場合は、当該対となる光入力端から入力された信号は、それと対となる光出力端に出力されても、されなくても良いものとする。また、当該対となる光入力端と光出力端とは、一体化した１個の光端子である、光入出力端となっている場合を含む。
【背景技術】
【０００２】
家庭内、若しくは、自動車、電車、航空機、船舶などの輸送機器内で構築されているＬＡＮ技術に、光通信技術を適用する試みが多数展開されている。ここにおいて、任意の光入力端から入力された信号を、低減衰量で全ての光出力端に分配して出力する光カプラが求められている。光カプラについては、例えば非特許文献１として示した富士ゼロックス社のホームページに簡明な説明がある。
一方、本願出願人らは、光硬化性樹脂液に、光ファイバ等から当該樹脂液の硬化光を照射すると、硬化樹脂による集光が生じることで、長尺の軸状のコアを形成する、自己形成光導波路を多数開発し、出願している。下記特許文献１乃至４はその一部である。
【特許文献１】特許第４０１１２８３号
【特許文献２】特開２００２−３６５４５９
【特許文献３】特開２００４−１４９５７９
【特許文献４】特開２００５−３４７４４１
【非特許文献１】http://www.fujixerox.co.jp/company/tr/tr96/Takeshi＿Ota/T＿Ota101.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光カプラの製造方法としては、通常、ガラスファイバの融着によるものが広く知られている。しかしガラスファイバを融着させるための装置自体が高価である。また、製造工程が複雑で長時間を要する。結果、ガラスファイバの融着による光カプラは極めてコストの高いものであった。さらに、ガラスファイバの融着による光カプラは、小規模光ＬＡＮで用いられるプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）との接続が容易でない。
また、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）を用いた光カプラも知られている。しかし、これはプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）を言わば束ねただけのものであり、大きさも例えば７ｃｍ程度と、光ＬＡＮを形成する装置としては大きなものしか知られてない。
一方、本発明者らは上記特許文献１乃至４に示した、自己形成光導波路の応用として光カプラを開発すべく鋭意努力した結果、以下に示す新規な光カプラを完成し、そのための新規な構成部品と製造方法を確立した。尚、本発明により得られる光カプラ自体の構造が新規である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に係る発明は、液状樹脂を内部に保持可能とでき、光ファイバその他の外部光導波路を接続するための６個の接続端を有する筐体と、その内部に固定された３個のハーフミラーと１個のミラーとを有し、６個の接続端の、光学中心をＡ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2とおき、筐体内に四角形ＡＢＣＤの４頂点を４点Ａ1ＡＢＢ2、３点Ａ2ＡＤ、４点Ｂ1ＢＣＣ2、３点Ｃ1ＣＤが、各々その順に同一直線上に位置するように配置し、３個のハーフミラーは四角形ＡＢＣＤの３頂点Ａ、Ｂ、Ｃの各々に、当該各頂点を形成する２辺の成す面に垂直で当該内角二等分線を含む平面に各々配置され、１個のミラーは、設計上の四角形ＡＢＣＤの残りの頂点Ｄに、その内角二等分線に垂直に配置されていることを特徴とする光カプラの構成部品である。
ここで、ハーフミラーとは、例えば誘電体多層膜から成り、入射した光の一部を透過し、一部が反射するものを言うものとする。ここにおいて、透過率と反射率が５０％ずつのものに限定されるものではなく、所望の波長において所望の透過率及び反射率とすれば良い。信号光として複数の波長または波長帯域が設定されている場合は、少なくとも信号光として用いる波長に対し、透過率も反射率も１００％とならなければ良い。これは以下の請求項でも同じである。
尚、ミラーは、実質的に透過が無い物であれば良く、所望の波長において透過率が完全に０％であることを要求するものでも、当該波長において反射率が完全に１００％であることを要求するものでもない。これは以下の請求項でも同じである。
筐体を形成する材料は特に限定されるものではないが、本発明の本質から明らかなように、６個の接続端の光学中心Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2近傍の所定径範囲は、所定の波長の光、即ち光硬化性樹脂を硬化させるための波長と、光カプラとして用いる際に使用するキャリア光の波長に対して、透過性があることが必要である。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光カプラの構成部品を用い、筐体に液状の光硬化性樹脂を充填して、当該光硬化性樹脂を硬化させうる波長の硬化光を、６個の接続端のいずれか２個以上から筐体内部に導入して軸状のコアを形成することを特徴とする光カプラの製造方法である。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の光カプラの製造方法において、６個の接続端の全てから、各々ベクトルＡ1Ａ方向、ベクトルＡ2Ａ方向、ベクトルＢ1Ｂ方向、ベクトルＢ2Ｂ方向、ベクトルＣ1Ｃ方向、ベクトルＣ2Ｃ方向に硬化光を導入して軸状のコアを形成することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の光カプラの製造方法において、ベクトルＡ1Ａ方向とベクトルＡ2Ａ方向のいずれか１方向と、ベクトルＢ1Ｂ方向とベクトルＢ2Ｂ方向のいずれか１方向と、ベクトルＣ1Ｃ方向とベクトルＣ2Ｃ方向のいずれか１方向との３方向から硬化光を導入して軸状のコアを形成することを特徴とする。
尚、光硬化性樹脂を硬化させるための光の波長に対して、請求項２乃至４に言うハーフミラーやミラーの作用は、必ずしもハーフミラーである必要もなく、ミラーである必要もない。尤も、硬化波長に対してもハーフミラーやミラーの作用を生ずることが好ましい。
【０００６】
請求項５に係る発明は、１個の光入力端と１個の光出力端との対を３対有し、３個のハーフミラーと、１個のミラーと、３個の光入力端と３個の光出力端と３個のハーフミラーと１個のミラーとを繋ぎ、３個のハーフミラーが分岐点となっている軸状の光導波路とを有する光カプラであって、軸状の光導波路はハーフミラーとミラーを４個の頂点に有する四角形部分と、当該四角形の４個の辺を長さ方向に延長して３個の光入力端及び３個の光出力端をハーフミラーと繋ぐ部分とを有し、四角形の各頂点に位置するハーフミラーは、各々当該頂点を形成する２辺の成す面に垂直で当該２辺の成す内角の二等分線を含む平面に配置され、四角形の残りの頂点に位置するミラーは、当該頂点の内角二等分線に垂直に配置され、任意の光入力端から入力された信号光は、対となる出力端以外の２個の光出力端に各々減衰を伴って分配されることを特徴とする光カプラである。
本カプラは、請求項１乃至４の製造方法により容易に製造することが可能である。
【発明の効果】
【０００７】
図１．Ａは、請求項１に係る光カプラの構成部品１００の一例の構成を示す平面図である。光カプラの構成部品１００は、液状樹脂を内部１０ｖに保持可能とでき、光ファイバその他の外部光導波路を接続するための６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2を有する筐体１０と、その内部に固定された３個のハーフミラーＨＭ−ａ、ＨＭ−ｂ及びＨＭ−ｃと１個のミラーＭとを有する。筐体１０の内部１０ｖに四角形ＡＢＣＤの４頂点を４点Ａ1ＡＢＢ2、３点Ａ2ＡＤ、４点Ｂ1ＢＣＣ2、３点Ｃ1ＣＤが、各々その順に同一直線上に位置するように配置されている。３個のハーフミラーＨＭ−ａ、ＨＭ−ｂ及びＨＭ−ｃは四角形ＡＢＣＤの３頂点Ａ、Ｂ、Ｃの各々に、当該各頂点を形成する２辺の成す面に垂直で当該内角二等分線を含む平面に各々配置され、１個のミラーＭは、設計上の四角形ＡＢＣＤの残りの頂点Ｄに、その内角二等分線に垂直に配置されている。
【０００８】
図１．Ｂは、請求項３に係る、光カプラを製造する方法の一例の、初期段階を示す説明図である。図１．Ａの光カプラの構成部品１００を用いて、筐体１０に液状の光硬化性樹脂２０を充填して、当該光硬化性樹脂を硬化させうる波長の硬化光を筐体１０内部に、６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2の全てから、各々ベクトルＡ1Ａ方向、ベクトルＡ2Ａ方向、ベクトルＢ1Ｂ方向、ベクトルＢ2Ｂ方向、ベクトルＣ1Ｃ方向、ベクトルＣ2Ｃ方向に導入して軸状のコア２１を形成する。
図１．Ｃは、請求項４に係る、光カプラを製造する方法の一例の、初期段階を示す説明図である。図１．Ａの光カプラの構成部品１００を用いて、筐体１０に液状の光硬化性樹脂２０を充填して、当該光硬化性樹脂を硬化させうる波長の硬化光を筐体１０内部に、３個の接続端Ａ2、Ｂ1及びＣ1から、各々ベクトルＡ2Ａ方向、ベクトルＢ1Ｂ方向、ベクトルＣ1Ｃ方向に導入して軸状のコア２１を形成する。
【０００９】
上記の、図１．Ａの光カプラの構成部品１００を用いて、図１．Ｂ又は図１．Ｃのように軸状のコアを自己形成的に硬化させることにより、所望の光カプラが得られることについて、図２により原理説明を行う。図２では、筐体１０と６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2を省略し、３個のハーフミラーＨＭ−ａ、ＨＭ−ｂ及びＨＭ−ｃと１個のミラーＭに対して入射する光の経路を考える。
図２．Ａのように、ハーフミラーＨＭ−ａにベクトルＡＢ方向に入射した信号光Ｉｎ−ａ−１はベクトルＡＢ方向とＡＤ方向に分配され、四角形ＡＢＣＤの頂点Ａの両隣の２頂点Ｂ及びＤに到達する。頂点Ｄでは、ミラーＭにより信号光はベクトルＤＣ方向に向きを変えて頂点Ｃに到達する。各頂点Ｂ及びＣにおいては、ハーフミラーＨＭ−ｂ及びＨＭ−ｃにより、２方向に分岐するが、これは当該四角形の頂点Ｂ及びＣを形成する２辺の延長側である。この際例えば頂点Ａから頂点Ｂに到達した信号光はさらに隣の頂点Ｃに向うことは無い。同様に、頂点Ａから頂点Ｄを経由して頂点Ｃに到達した信号光はさらに隣の頂点Ｂに向うことは無い。以上は、ハーフミラーＨＭ−ａにベクトルＡＤ方向に入射した信号光Ｉｎ−ａ−２を考えても全く同様であり、ハーフミラーＨＭ−ｃにベクトルＣＢ方向やＣＤ方向に入射した信号光を考えても全く同様である。
図２．Ｂのように、ハーフミラーＨＭ−ｂにベクトルＢＣ方向に入射した信号光Ｉｎ−ｂ−１はベクトルＢＡ方向とＢＣ方向に分配され、四角形ＡＢＣＤの頂点Ｂの両隣の２頂点Ａ及びＣに到達する。各頂点Ａ及びＣにおいては、ハーフミラーＨＭ−ａ及びＨＭ−ｃにより、２方向に分岐するが、これは当該四角形の頂点Ａ及びＣを形成する２辺の延長側である。この際例えば頂点Ｂから頂点Ａに到達した信号光はさらに隣の頂点Ｄに向うことは無い。同様に、頂点Ｂから頂点Ｃに到達した信号光はさらに隣の頂点Ｄに向うことは無い。以上は、ハーフミラーＨＭ−ｂにベクトルＢＡ方向に入射した信号光Ｉｎ−ｂ−２を考えても全く同様である。
【００１０】
上記特許文献１乃至４に記載された通り、本願発明者らによる自己形成光導波路は、液状の光硬化性樹脂中の硬化物が集光作用を生じることで、長尺の軸状のコアとして成長する。
以上から、図１．Ａの光カプラの構成部品１００を用いて、図１．Ｂ又は図１．Ｃのように軸状のコアを自己形成的に硬化させることにより、各々、例えば図３．Ａ及び図３．Ｃのような所望の光カプラが得られることが理解できる。
図２の各図において光入力端、光出力端又は光入出力端として示した位置の例えば全てから、光硬化性樹脂を硬化しうる波長の光を照射する。すると、光入力端、光出力端、光入出力端として示した位置から軸状の自己形成光導波路が成長を始める。こうして、図２の各図において示した光の経路に沿ってコアが形成される。異なる方向からコアが成長し、合体した場合はいわゆる光ハンダ効果により、合体部が側面が滑らかな柱状となって好適である。また、２方向からハーフミラー及びミラーの反射（屈曲）部に成長した場合に、当該反射（屈曲）部においても光ハンダ効果により径の大きい瘤状のコアができることもある。
こうして、光入力端、光出力端、光入出力端とハーフミラー及びミラーが、図２の各図で示した光の経路を全て含むように、軸状のコアで接続される。こうして、コアの四角形部分と、四角形部分の各辺をハーフミラーを通り越して延長したコアの枝状部分とで、光カプラが形成される。コアを形成する前に筐体を加工して、光入力端、光出力端、光入出力端に光ファイバその他の外部光導波路を容易に接続できるようにすることも任意である。こうして、コアを形成するための硬化光導入端と、コアを形成したのちの光入力端、光出力端、光入出力端とを筐体の同じ位置（本願発明の接続端）にすることで、光カプラを容易に製造できる。コア周囲をクラッド材で覆うかどうかは任意である。
図２．Ａと図２．Ｂの示すところから、Ｉｎ−ｂ−１とＩｎ−ｂ−２のうち１つ、Ｉｎ−ａ−１とＩｎ−ａ−２のうち１つの、合計２方向から光硬化性樹脂の硬化光を導入すると、最終的には図３．Ａのような光カプラを得ることが可能であることが理解できる。同様に、Ｉｎ−ｂ−１とＩｎ−ｂ−２のうち１つ、Ｉｎ−ｃ−１とＩｎ−ｃ−２のうち１つの、合計２方向から光硬化性樹脂の硬化光を導入すると、最終的には図３．Ａのような光カプラを得ることが可能であることが理解できる（請求項２）。
【００１１】
まず、図１．Ｂのように６箇所からコアを成長させて、図３．Ａのような光カプラを得た場合に、各接続端にどの様な光入力端と光出力端を接続すべきかについて、一例をさらに説明する。図２．Ｃでも、筐体１０と６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2を省略し、３個のハーフミラーＨＭ−ａ、ＨＭ−ｂ及びＨＭ−ｃと１個のミラーＭに対して入射する光の経路を考える。
図２．Ｃのように、各頂点Ａ、Ｂ、Ｃに対してそれを成す２辺の延長方向の何れかに光入力端を、それと対となる光出力端を必ず同じ頂点に設ける。すると、頂点Ａに設けられた光入力端Ｉｎ−ａから入力された信号光は、頂点Ｂに設けられた光出力端Ｏｕｔ−ｂと頂点Ｃに設けられた光出力端Ｏｕｔ−ｃから減衰を伴って取り出すことが可能である。同様に、頂点Ｂに設けられた光入力端Ｉｎ−ｂから入力された信号光は、頂点Ｃに設けられた光出力端Ｏｕｔ−ｃと頂点Ａに設けられた光出力端Ｏｕｔ−ａから減衰を伴って取り出すことが可能であり、頂点Ｃに設けられた光入力端Ｉｎ−ｃから入力された信号光は、頂点Ａに設けられた光出力端Ｏｕｔ−ａと頂点Ｂに設けられた光出力端Ｏｕｔ−ｂから減衰を伴って取り出すことが可能である。
即ち、６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2には、例えば順に、光入力端Ｉｎ−ａ、光出力端Ｏｕｔ−ａ、光入力端Ｉｎ−ｂ、光出力端Ｏｕｔ−ｂ、光入力端Ｉｎ−ｃ、光出力端Ｏｕｔ−ｃを接続すると良い。この時、光入力端Ｉｎ−ａと光出力端Ｏｕｔ−ａは対であって例えば１つの光端末に接続される。同様に光入力端Ｉｎ−ｂと光出力端Ｏｕｔ−ｂが対であり、光入力端Ｉｎ−ｃと光出力端Ｏｕｔ−ｃとが対である。
この時、各頂点に設けられた対をなす光入力端と光出力端は、各々の対ごとに他の対と独立して入れ換えても光カプラとしての機能に変化は無い。
この際、図３．Ａのような光カプラは、理想的には図２．Ｃにおける光入力端Ｉｎ−ａから光出力端Ｏｕｔ−ａへの経路は無いはずであるが、以下の実施例に示す通り、散乱等により、一部そのような漏れが生ずる。
【００１２】
他の例を図２．Ｄ及び図２．Ｅで示す。図１．Ｃのように３箇所からコアを成長させて、図３．Ｂのような光カプラを得た場合に、各接続端に接続すべきは、図２．Ｅのように、光入力端と光出力端を一体化した、３つの光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ａ、ｂ、ｃである。即ち、頂点Ａに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ａから入力された信号光は、頂点Ｂに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ｂと頂点Ｃに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ｃから減衰を伴って取り出すことが可能である。同様に、頂点Ｂに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ｂから入力された信号光は、頂点Ｃに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ｃと頂点Ａに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ａから減衰を伴って取り出すことが可能であり、頂点Ｃに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ｃから入力された信号光は、頂点Ａに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ａと頂点Ｂに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ｂから減衰を伴って取り出すことが可能である。
容易に理解できる通り、図１．Ｃのコアを成長させる３箇所を、接続点Ａ1、Ｂ1及びＣ1とした場合には、図２．Ｄのように３つのＩｎ／Ｏｕｔ−ａ、ｂ、ｃを接続すると良い。
図１．Ｃのように３箇所からコアを成長させて、図３．Ｂのような光カプラを得る場合には、コアが成長を開始した接続端（図１．ＣにおいてはＡ2、Ｂ1及びＣ1）以外の接続端（図１．ＣにおいてはＡ1、Ｂ2及びＣ2）にはコアが成長しないことが望ましい。しかし、図３．Ｂに示す通り、３つのハーフミラーからＡ1、Ｂ2及びＣ2方向に一部コアが形成されてしまう場合もある。このような場合でも、本願発明の評価が低められるものではない。
【００１３】
以上の構成は、上記特許文献１乃至４に記載された、光硬化性樹脂を用いた光導波路の製造方法により、実現可能である。
尚、図２を用いた説明においては、幾何光学に基づき理想的な状態を説明したが、例えば光硬化性樹脂を用いた光導波路は径を有するコアであり、ハーフミラーやミラーも単なる平面ではなく厚さを有しているため、散乱光が生じ、例えば図２を用いた説明では到達しないはずの位置に当該散乱光がノイズとなって到達することがあり得る。
このように、図２を用いた説明は極めて簡略化して、本願各発明の原理を説明するものであり、径を有する光導波路の伝送経路が、あたかも直線であるかのように示したが、本発明に係る光カプラは、必ずしも図２を用いた説明通りに全ての信号経路が限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施に用いるハーフミラーとミラーは、入手可能な任意の材料、任意の部材により形成できる。尚、以下の説明で容易に理解できる通り、ハーフミラーはその両面で反射を想定しており、透過光と光路がほぼ一致する必要があるので、ハーフミラーの厚さは薄い方が、理想的には平面が好ましい。
また、本発明の本質部分ではないが、光カプラに外部から光ファイバ等の外部光導波路を接続する必要があるので、光カプラには当該接続構造が設けられるべきである。当該接続構造は、コネクタ又はコネクタレセプタクルとして使用可能な任意のものを選択できる。
【００１５】
本発明の光カプラの光導波路を自己形成光導波路とする場合、上記特許文献１乃至４に示された様々な手法を用いることができる。尚、コアのみを形成して、クラッドを形成しない、即ちコア周囲の空気をクラッドとした光カプラとしても良い。
自己形成光導波路を形成するための光硬化性樹脂液は、入手可能な任意のものを適用できる。硬化機構も、ラジカル重合、カチオン重合其の他任意である。硬化光は一般的にはレーザ光が好ましい。レーザの波長と強度で、光硬化性樹脂液の硬化速度を調整すると良い。尚、光硬化開始剤（光重合開始剤）は光硬化性樹脂液とレーザの波長に応じ、入手可能な任意のものを適用できる。これらについては、本願出願人が共願人である例えば特許文献３に次のものが列挙されている。
【００１６】
構造単位中にフェニル基等の芳香族環を一つ以上含んだものが高屈折率、脂肪族系のみからなる場合は低屈折率となる。屈折率を下げるために構造単位中の水素の一部をフッ素に置換したものであっても良い。
脂肪族系としてはエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の多価アルコール。
芳香族系としてはビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、ビスフェノールＺ、ビスフェノールＦ、ノボラック、o-クレゾールノボラック、p-クレゾールノボラック、p-アルキルフェノールノボラック等の各種フェノール化合物等。
これら、あるいはこれらから任意に１種乃至複数種選択された多価アルコールのオリゴマー（ポリエーテル）の構造を有する比較的低分子（分子量３０００程度以下）骨格に、反応基として次の官能基等を導入したもの。
〔ラジカル重合性材料〕
ラジカル重合可能なアクリロイル基等のエチレン性不飽和反応性基を構造単位中に１個以上、好ましくは２個以上有する光重合性モノマー及び／又はオリゴマー。エチレン性不飽和反応性基を有するものの例としては、（メタ）アクリル酸エステル、イタコン酸エステル、マレイン酸エステル等の共役酸エステルを挙げることができる。
〔カチオン重合性材料〕
カチオン重合可能なオキシラン環（エポキシド）、オキセタン環等の反応性エーテル構造を構造単位中に１個以上、好ましくは２個以上有する、光重合性のモノマー及び／又はオリゴマー。オキシラン環（エポキシド）としては、オキシラニル基の他、3,4-エポキシシクロヘキシル基なども含まれる。またオキセタン環とは、４員環構造のエーテルである。
【００１７】
〔ラジカル重合開始剤〕
ラジカル重合性モノマー及び／又はオリゴマーから成るラジカル重合性材料の重合反応を光によって活性化する化合物である。具体例としては、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル及びベンゾインプロピルエーテル等のベンゾイン類、アセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、2,2-ジエトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1,1-ジクロロアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1-(4-(メチルチオ)フェニル)-2-モルホリノプロパン-1-オン及びN,N-ジメチルアミノアセトフェノン等のアセトフェノン類、2-メチルアントラキノン、1-クロロアントラキノン及び2-アミルアントラキノン等のアントラキノン類、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2-クロロチオキサントン及び2,4-ジイソプロピルチオキサントン等のチオキサントン類、アセトフェノンジメチルケタール及びベンジルジメチルケタール等のケタール類、ベンゾフェノン、メチルベンゾフェノン、4,4'-ジクロロベンゾフェノン、4,4'-ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーズケトン及び4-ベンゾイル-4'-メチルジフェニルサルファイド等のベンゾフェノン類、並びに2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド等が挙げられる。尚、ラジカル重合開始剤は単独で使用しても、２種以上を併用しても良く、また、これらに限定されることはない。
〔カチオン重合開始剤〕
カチオン重合性モノマー及び／又はオリゴマーから成るカチオン重合性材料の重合反応を光によって活性化する化合物である。具体例としては、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、セレニウム塩、ピリジニウム塩、フェロセニウム塩、ホスホニウム塩、チオピリニウム塩が挙げられるが、熱的に比較的安定であるジフェニルヨードニウム、ジトリルヨードニウム、フェニル(p-アニシル)ヨードニウム、ビス(p-t-ブチルフェニル)ヨードニウム、ビス(p-クロロフェニル)ヨードニウムなどの芳香族ヨードニウム塩、ジフェニルスルホニウム、ジトリルスルホニウム、フェニル(p-アニシル)スルホニウム、ビス(p-t-ブチルフェニル)スルホニウム、ビス(p-クロロフェニル)スルホニウムなどの芳香族スルホニウム塩等のオニウム塩光重合開始剤が好ましい。芳香族ヨードニウム塩および芳香族スルホニウム塩等のオニウム塩光重合開始剤を使用する場合、アニオンとしてはBF4-、AsF6-、SbF6-、PF6-、B(C6F5)4-などが挙げられる。尚、カチオン重合開始剤は単独で使用しても、２種以上を併用しても良く、また、これらに限定されることはない。
【実施例１】
【００１８】
本発明により光カプラを作製した。図３はその写真図である。図３．Ａの光カプラは図１．Ａの光カプラの構成部品１００を用いて、図１．Ｂのように６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2から硬化光を導入して軸状のコアを自己形成的に硬化させることにより得られた。図３．Ｂの光カプラは図１．Ａの光カプラの構成部品１００を用いて、図１．Ｃのように３個の接続端Ａ2、Ｂ1、Ｃ1から硬化光を導入して軸状のコアを自己形成的に硬化させることにより得られた。
いずれも、３枚のハーフミラーと１枚のミラーに４頂点をおく四角形の一辺が５ｍｍのものである。
【００１９】
６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2から硬化光を導入するには、例えば光ファイバを用いて、光硬化性樹脂２０を硬化させうる波長の硬化光を導入する。当該硬化光は例えばレーザ光が好ましい。こうして、上記特許文献１乃至４の技術により、硬化物の屈折率が未硬化の液状物よりも屈折率が高いことで集光が生じて、長尺の軸状のコアが硬化光の６個の導入端から順次成長する。当該軸状のコアは３枚のハーフミラーと１枚のミラーに達すると各々透過及び反射して、さらに軸状のコアが成長していく。この際、いわゆる光ハンダにより、異なる方向から延びたコアの合体部は滑らかな側面を有する、１本の軸状のコアとなる。こうして、６個の導入端からの光の中心軸が、３枚のハーフミラーと１枚のミラーとで透過及び反射する方向全てに軸状のコアが形成されることで、６個の入出力端と３枚のハーフミラーと１枚のミラーとが、径を有する光導波路のコアで接続される。この光導波路は、実質的に図２．Ａ及び図２．Ｂで説明したような、１つの光入力端から４つの光出力端への光伝送を行いうるものである。
【００２０】
図３．Ａの光カプラの伝送損失を測定した。結果を表１に示す。
【表１】
【００２１】
表１に示す通り、光カプラとしての本来の機能である、Ｉｎ−ａからＯｕｔ−ｂ及びＯｕｔ−ｃ、Ｉｎ−ｂからＯｕｔ−ｃ及びＯｕｔ−ａ、Ｉｎ−ｃからＯｕｔ−ａ及びＯｕｔ−ｂへは、減衰量１２ｄＢ未満であって、良好な分配が可能であった。光カプラとしては好ましくない、Ｉｎ−ａからＯｕｔ−ａ、Ｉｎ−ｂからＯｕｔ−ｂ、Ｉｎ−ｃからＯｕｔ−ｃへは、減衰量が２１ｄＢを越えるので、ノイズとして処理可能な範囲であった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の光カプラを幹線から各端末に分岐するための分岐装置として用いることで、光ＬＡＮを構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】１．Ａは、本願の一例である光カプラの構成部品１００の構成を示す平面図、１．Ｂは本願の一例である光カプラの構成部品１００を用いた光カプラの製造方法の初期段階を示す工程図、１．Ｃは本願の一例である光カプラの構成部品１００を用いた光カプラの他の製造方法の初期段階を示す工程図。
【図２】本願による光カプラの製造時及び、光カプラの使用時の、光の伝送経路の原理を示す５つの説明図。
【図３】３．Ａは、図１．Ｂの光カプラの製造方法により得られた光カプラの写真図、３．Ｂは、図１．Ｃの光カプラの製造方法により得られた光カプラの写真図。
【符号の説明】
【００２４】
１００：光カプラの構成部品
１０：筐体
１０ｖ：筐体１０の内部
２０：未硬化の液状の光硬化性樹脂
２１：光硬化性樹脂２０の硬化物（軸状のコア）
ＨＭ：ハーフミラー
Ｍ：ミラー
Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2：接続端
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いる光カプラに関する。本発明において光カプラとは、任意の光入力端から入力された信号を、減衰量は異なるにしても全ての光出力端に分配して出力するものを言うものとする。この際、光入力端と光出力端に対となるものがある場合は、当該対となる光入力端から入力された信号は、それと対となる光出力端に出力されても、されなくても良いものとする。また、当該対となる光入力端と光出力端とは、一体化した１個の光端子である、光入出力端となっている場合を含む。
【背景技術】
【０００２】
家庭内、若しくは、自動車、電車、航空機、船舶などの輸送機器内で構築されているＬＡＮ技術に、光通信技術を適用する試みが多数展開されている。ここにおいて、任意の光入力端から入力された信号を、低減衰量で全ての光出力端に分配して出力する光カプラが求められている。光カプラについては、例えば非特許文献１として示した富士ゼロックス社のホームページに簡明な説明がある。
一方、本願出願人らは、光硬化性樹脂液に、光ファイバ等から当該樹脂液の硬化光を照射すると、硬化樹脂による集光が生じることで、長尺の軸状のコアを形成する、自己形成光導波路を多数開発し、出願している。下記特許文献１乃至４はその一部である。
【特許文献１】特許第４０１１２８３号
【特許文献２】特開２００２−３６５４５９
【特許文献３】特開２００４−１４９５７９
【特許文献４】特開２００５−３４７４４１
【非特許文献１】http://www.fujixerox.co.jp/company/tr/tr96/Takeshi＿Ota/T＿Ota101.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
光カプラの製造方法としては、通常、ガラスファイバの融着によるものが広く知られている。しかしガラスファイバを融着させるための装置自体が高価である。また、製造工程が複雑で長時間を要する。結果、ガラスファイバの融着による光カプラは極めてコストの高いものであった。さらに、ガラスファイバの融着による光カプラは、小規模光ＬＡＮで用いられるプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）との接続が容易でない。
また、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）を用いた光カプラも知られている。しかし、これはプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）を言わば束ねただけのものであり、大きさも例えば７ｃｍ程度と、光ＬＡＮを形成する装置としては大きなものしか知られてない。
一方、本発明者らは上記特許文献１乃至４に示した、自己形成光導波路の応用として光カプラを開発すべく鋭意努力した結果、以下に示す新規な光カプラを完成し、そのための新規な構成部品と製造方法を確立した。尚、本発明により得られる光カプラ自体の構造が新規である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に係る発明は、液状樹脂を内部に保持可能とでき、光ファイバその他の外部光導波路を接続するための６個の接続端を有する筐体と、その内部に固定された３個のハーフミラーと１個のミラーとを有し、６個の接続端の、光学中心をＡ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2とおき、筐体内に四角形ＡＢＣＤの４頂点を４点Ａ1ＡＢＢ2、３点Ａ2ＡＤ、４点Ｂ1ＢＣＣ2、３点Ｃ1ＣＤが、各々その順に同一直線上に位置するように配置し、３個のハーフミラーは四角形ＡＢＣＤの３頂点Ａ、Ｂ、Ｃの各々に、当該各頂点を形成する２辺の成す面に垂直で当該内角二等分線を含む平面に各々配置され、１個のミラーは、設計上の四角形ＡＢＣＤの残りの頂点Ｄに、その内角二等分線に垂直に配置されていることを特徴とする光カプラの構成部品である。
ここで、ハーフミラーとは、例えば誘電体多層膜から成り、入射した光の一部を透過し、一部が反射するものを言うものとする。ここにおいて、透過率と反射率が５０％ずつのものに限定されるものではなく、所望の波長において所望の透過率及び反射率とすれば良い。信号光として複数の波長または波長帯域が設定されている場合は、少なくとも信号光として用いる波長に対し、透過率も反射率も１００％とならなければ良い。これは以下の請求項でも同じである。
尚、ミラーは、実質的に透過が無い物であれば良く、所望の波長において透過率が完全に０％であることを要求するものでも、当該波長において反射率が完全に１００％であることを要求するものでもない。これは以下の請求項でも同じである。
筐体を形成する材料は特に限定されるものではないが、本発明の本質から明らかなように、６個の接続端の光学中心Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2近傍の所定径範囲は、所定の波長の光、即ち光硬化性樹脂を硬化させるための波長と、光カプラとして用いる際に使用するキャリア光の波長に対して、透過性があることが必要である。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光カプラの構成部品を用い、筐体に液状の光硬化性樹脂を充填して、当該光硬化性樹脂を硬化させうる波長の硬化光を、６個の接続端のいずれか２個以上から筐体内部に導入して軸状のコアを形成することを特徴とする光カプラの製造方法である。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の光カプラの製造方法において、６個の接続端の全てから、各々ベクトルＡ1Ａ方向、ベクトルＡ2Ａ方向、ベクトルＢ1Ｂ方向、ベクトルＢ2Ｂ方向、ベクトルＣ1Ｃ方向、ベクトルＣ2Ｃ方向に硬化光を導入して軸状のコアを形成することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の光カプラの製造方法において、ベクトルＡ1Ａ方向とベクトルＡ2Ａ方向のいずれか１方向と、ベクトルＢ1Ｂ方向とベクトルＢ2Ｂ方向のいずれか１方向と、ベクトルＣ1Ｃ方向とベクトルＣ2Ｃ方向のいずれか１方向との３方向から硬化光を導入して軸状のコアを形成することを特徴とする。
尚、光硬化性樹脂を硬化させるための光の波長に対して、請求項２乃至４に言うハーフミラーやミラーの作用は、必ずしもハーフミラーである必要もなく、ミラーである必要もない。尤も、硬化波長に対してもハーフミラーやミラーの作用を生ずることが好ましい。
【０００６】
請求項５に係る発明は、１個の光入力端と１個の光出力端との対を３対有し、３個のハーフミラーと、１個のミラーと、３個の光入力端と３個の光出力端と３個のハーフミラーと１個のミラーとを繋ぎ、３個のハーフミラーが分岐点となっている軸状の光導波路とを有する光カプラであって、軸状の光導波路はハーフミラーとミラーを４個の頂点に有する四角形部分と、当該四角形の４個の辺を長さ方向に延長して３個の光入力端及び３個の光出力端をハーフミラーと繋ぐ部分とを有し、四角形の各頂点に位置するハーフミラーは、各々当該頂点を形成する２辺の成す面に垂直で当該２辺の成す内角の二等分線を含む平面に配置され、四角形の残りの頂点に位置するミラーは、当該頂点の内角二等分線に垂直に配置され、任意の光入力端から入力された信号光は、対となる出力端以外の２個の光出力端に各々減衰を伴って分配されることを特徴とする光カプラである。
本カプラは、請求項１乃至４の製造方法により容易に製造することが可能である。
【発明の効果】
【０００７】
図１．Ａは、請求項１に係る光カプラの構成部品１００の一例の構成を示す平面図である。光カプラの構成部品１００は、液状樹脂を内部１０ｖに保持可能とでき、光ファイバその他の外部光導波路を接続するための６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2を有する筐体１０と、その内部に固定された３個のハーフミラーＨＭ−ａ、ＨＭ−ｂ及びＨＭ−ｃと１個のミラーＭとを有する。筐体１０の内部１０ｖに四角形ＡＢＣＤの４頂点を４点Ａ1ＡＢＢ2、３点Ａ2ＡＤ、４点Ｂ1ＢＣＣ2、３点Ｃ1ＣＤが、各々その順に同一直線上に位置するように配置されている。３個のハーフミラーＨＭ−ａ、ＨＭ−ｂ及びＨＭ−ｃは四角形ＡＢＣＤの３頂点Ａ、Ｂ、Ｃの各々に、当該各頂点を形成する２辺の成す面に垂直で当該内角二等分線を含む平面に各々配置され、１個のミラーＭは、設計上の四角形ＡＢＣＤの残りの頂点Ｄに、その内角二等分線に垂直に配置されている。
【０００８】
図１．Ｂは、請求項３に係る、光カプラを製造する方法の一例の、初期段階を示す説明図である。図１．Ａの光カプラの構成部品１００を用いて、筐体１０に液状の光硬化性樹脂２０を充填して、当該光硬化性樹脂を硬化させうる波長の硬化光を筐体１０内部に、６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2の全てから、各々ベクトルＡ1Ａ方向、ベクトルＡ2Ａ方向、ベクトルＢ1Ｂ方向、ベクトルＢ2Ｂ方向、ベクトルＣ1Ｃ方向、ベクトルＣ2Ｃ方向に導入して軸状のコア２１を形成する。
図１．Ｃは、請求項４に係る、光カプラを製造する方法の一例の、初期段階を示す説明図である。図１．Ａの光カプラの構成部品１００を用いて、筐体１０に液状の光硬化性樹脂２０を充填して、当該光硬化性樹脂を硬化させうる波長の硬化光を筐体１０内部に、３個の接続端Ａ2、Ｂ1及びＣ1から、各々ベクトルＡ2Ａ方向、ベクトルＢ1Ｂ方向、ベクトルＣ1Ｃ方向に導入して軸状のコア２１を形成する。
【０００９】
上記の、図１．Ａの光カプラの構成部品１００を用いて、図１．Ｂ又は図１．Ｃのように軸状のコアを自己形成的に硬化させることにより、所望の光カプラが得られることについて、図２により原理説明を行う。図２では、筐体１０と６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2を省略し、３個のハーフミラーＨＭ−ａ、ＨＭ−ｂ及びＨＭ−ｃと１個のミラーＭに対して入射する光の経路を考える。
図２．Ａのように、ハーフミラーＨＭ−ａにベクトルＡＢ方向に入射した信号光Ｉｎ−ａ−１はベクトルＡＢ方向とＡＤ方向に分配され、四角形ＡＢＣＤの頂点Ａの両隣の２頂点Ｂ及びＤに到達する。頂点Ｄでは、ミラーＭにより信号光はベクトルＤＣ方向に向きを変えて頂点Ｃに到達する。各頂点Ｂ及びＣにおいては、ハーフミラーＨＭ−ｂ及びＨＭ−ｃにより、２方向に分岐するが、これは当該四角形の頂点Ｂ及びＣを形成する２辺の延長側である。この際例えば頂点Ａから頂点Ｂに到達した信号光はさらに隣の頂点Ｃに向うことは無い。同様に、頂点Ａから頂点Ｄを経由して頂点Ｃに到達した信号光はさらに隣の頂点Ｂに向うことは無い。以上は、ハーフミラーＨＭ−ａにベクトルＡＤ方向に入射した信号光Ｉｎ−ａ−２を考えても全く同様であり、ハーフミラーＨＭ−ｃにベクトルＣＢ方向やＣＤ方向に入射した信号光を考えても全く同様である。
図２．Ｂのように、ハーフミラーＨＭ−ｂにベクトルＢＣ方向に入射した信号光Ｉｎ−ｂ−１はベクトルＢＡ方向とＢＣ方向に分配され、四角形ＡＢＣＤの頂点Ｂの両隣の２頂点Ａ及びＣに到達する。各頂点Ａ及びＣにおいては、ハーフミラーＨＭ−ａ及びＨＭ−ｃにより、２方向に分岐するが、これは当該四角形の頂点Ａ及びＣを形成する２辺の延長側である。この際例えば頂点Ｂから頂点Ａに到達した信号光はさらに隣の頂点Ｄに向うことは無い。同様に、頂点Ｂから頂点Ｃに到達した信号光はさらに隣の頂点Ｄに向うことは無い。以上は、ハーフミラーＨＭ−ｂにベクトルＢＡ方向に入射した信号光Ｉｎ−ｂ−２を考えても全く同様である。
【００１０】
上記特許文献１乃至４に記載された通り、本願発明者らによる自己形成光導波路は、液状の光硬化性樹脂中の硬化物が集光作用を生じることで、長尺の軸状のコアとして成長する。
以上から、図１．Ａの光カプラの構成部品１００を用いて、図１．Ｂ又は図１．Ｃのように軸状のコアを自己形成的に硬化させることにより、各々、例えば図３．Ａ及び図３．Ｃのような所望の光カプラが得られることが理解できる。
図２の各図において光入力端、光出力端又は光入出力端として示した位置の例えば全てから、光硬化性樹脂を硬化しうる波長の光を照射する。すると、光入力端、光出力端、光入出力端として示した位置から軸状の自己形成光導波路が成長を始める。こうして、図２の各図において示した光の経路に沿ってコアが形成される。異なる方向からコアが成長し、合体した場合はいわゆる光ハンダ効果により、合体部が側面が滑らかな柱状となって好適である。また、２方向からハーフミラー及びミラーの反射（屈曲）部に成長した場合に、当該反射（屈曲）部においても光ハンダ効果により径の大きい瘤状のコアができることもある。
こうして、光入力端、光出力端、光入出力端とハーフミラー及びミラーが、図２の各図で示した光の経路を全て含むように、軸状のコアで接続される。こうして、コアの四角形部分と、四角形部分の各辺をハーフミラーを通り越して延長したコアの枝状部分とで、光カプラが形成される。コアを形成する前に筐体を加工して、光入力端、光出力端、光入出力端に光ファイバその他の外部光導波路を容易に接続できるようにすることも任意である。こうして、コアを形成するための硬化光導入端と、コアを形成したのちの光入力端、光出力端、光入出力端とを筐体の同じ位置（本願発明の接続端）にすることで、光カプラを容易に製造できる。コア周囲をクラッド材で覆うかどうかは任意である。
図２．Ａと図２．Ｂの示すところから、Ｉｎ−ｂ−１とＩｎ−ｂ−２のうち１つ、Ｉｎ−ａ−１とＩｎ−ａ−２のうち１つの、合計２方向から光硬化性樹脂の硬化光を導入すると、最終的には図３．Ａのような光カプラを得ることが可能であることが理解できる。同様に、Ｉｎ−ｂ−１とＩｎ−ｂ−２のうち１つ、Ｉｎ−ｃ−１とＩｎ−ｃ−２のうち１つの、合計２方向から光硬化性樹脂の硬化光を導入すると、最終的には図３．Ａのような光カプラを得ることが可能であることが理解できる（請求項２）。
【００１１】
まず、図１．Ｂのように６箇所からコアを成長させて、図３．Ａのような光カプラを得た場合に、各接続端にどの様な光入力端と光出力端を接続すべきかについて、一例をさらに説明する。図２．Ｃでも、筐体１０と６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2を省略し、３個のハーフミラーＨＭ−ａ、ＨＭ−ｂ及びＨＭ−ｃと１個のミラーＭに対して入射する光の経路を考える。
図２．Ｃのように、各頂点Ａ、Ｂ、Ｃに対してそれを成す２辺の延長方向の何れかに光入力端を、それと対となる光出力端を必ず同じ頂点に設ける。すると、頂点Ａに設けられた光入力端Ｉｎ−ａから入力された信号光は、頂点Ｂに設けられた光出力端Ｏｕｔ−ｂと頂点Ｃに設けられた光出力端Ｏｕｔ−ｃから減衰を伴って取り出すことが可能である。同様に、頂点Ｂに設けられた光入力端Ｉｎ−ｂから入力された信号光は、頂点Ｃに設けられた光出力端Ｏｕｔ−ｃと頂点Ａに設けられた光出力端Ｏｕｔ−ａから減衰を伴って取り出すことが可能であり、頂点Ｃに設けられた光入力端Ｉｎ−ｃから入力された信号光は、頂点Ａに設けられた光出力端Ｏｕｔ−ａと頂点Ｂに設けられた光出力端Ｏｕｔ−ｂから減衰を伴って取り出すことが可能である。
即ち、６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2には、例えば順に、光入力端Ｉｎ−ａ、光出力端Ｏｕｔ−ａ、光入力端Ｉｎ−ｂ、光出力端Ｏｕｔ−ｂ、光入力端Ｉｎ−ｃ、光出力端Ｏｕｔ−ｃを接続すると良い。この時、光入力端Ｉｎ−ａと光出力端Ｏｕｔ−ａは対であって例えば１つの光端末に接続される。同様に光入力端Ｉｎ−ｂと光出力端Ｏｕｔ−ｂが対であり、光入力端Ｉｎ−ｃと光出力端Ｏｕｔ−ｃとが対である。
この時、各頂点に設けられた対をなす光入力端と光出力端は、各々の対ごとに他の対と独立して入れ換えても光カプラとしての機能に変化は無い。
この際、図３．Ａのような光カプラは、理想的には図２．Ｃにおける光入力端Ｉｎ−ａから光出力端Ｏｕｔ−ａへの経路は無いはずであるが、以下の実施例に示す通り、散乱等により、一部そのような漏れが生ずる。
【００１２】
他の例を図２．Ｄ及び図２．Ｅで示す。図１．Ｃのように３箇所からコアを成長させて、図３．Ｂのような光カプラを得た場合に、各接続端に接続すべきは、図２．Ｅのように、光入力端と光出力端を一体化した、３つの光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ａ、ｂ、ｃである。即ち、頂点Ａに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ａから入力された信号光は、頂点Ｂに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ｂと頂点Ｃに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ｃから減衰を伴って取り出すことが可能である。同様に、頂点Ｂに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ｂから入力された信号光は、頂点Ｃに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ｃと頂点Ａに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ａから減衰を伴って取り出すことが可能であり、頂点Ｃに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ｃから入力された信号光は、頂点Ａに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ａと頂点Ｂに設けられた光入出力端Ｉｎ／Ｏｕｔ−ｂから減衰を伴って取り出すことが可能である。
容易に理解できる通り、図１．Ｃのコアを成長させる３箇所を、接続点Ａ1、Ｂ1及びＣ1とした場合には、図２．Ｄのように３つのＩｎ／Ｏｕｔ−ａ、ｂ、ｃを接続すると良い。
図１．Ｃのように３箇所からコアを成長させて、図３．Ｂのような光カプラを得る場合には、コアが成長を開始した接続端（図１．ＣにおいてはＡ2、Ｂ1及びＣ1）以外の接続端（図１．ＣにおいてはＡ1、Ｂ2及びＣ2）にはコアが成長しないことが望ましい。しかし、図３．Ｂに示す通り、３つのハーフミラーからＡ1、Ｂ2及びＣ2方向に一部コアが形成されてしまう場合もある。このような場合でも、本願発明の評価が低められるものではない。
【００１３】
以上の構成は、上記特許文献１乃至４に記載された、光硬化性樹脂を用いた光導波路の製造方法により、実現可能である。
尚、図２を用いた説明においては、幾何光学に基づき理想的な状態を説明したが、例えば光硬化性樹脂を用いた光導波路は径を有するコアであり、ハーフミラーやミラーも単なる平面ではなく厚さを有しているため、散乱光が生じ、例えば図２を用いた説明では到達しないはずの位置に当該散乱光がノイズとなって到達することがあり得る。
このように、図２を用いた説明は極めて簡略化して、本願各発明の原理を説明するものであり、径を有する光導波路の伝送経路が、あたかも直線であるかのように示したが、本発明に係る光カプラは、必ずしも図２を用いた説明通りに全ての信号経路が限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施に用いるハーフミラーとミラーは、入手可能な任意の材料、任意の部材により形成できる。尚、以下の説明で容易に理解できる通り、ハーフミラーはその両面で反射を想定しており、透過光と光路がほぼ一致する必要があるので、ハーフミラーの厚さは薄い方が、理想的には平面が好ましい。
また、本発明の本質部分ではないが、光カプラに外部から光ファイバ等の外部光導波路を接続する必要があるので、光カプラには当該接続構造が設けられるべきである。当該接続構造は、コネクタ又はコネクタレセプタクルとして使用可能な任意のものを選択できる。
【００１５】
本発明の光カプラの光導波路を自己形成光導波路とする場合、上記特許文献１乃至４に示された様々な手法を用いることができる。尚、コアのみを形成して、クラッドを形成しない、即ちコア周囲の空気をクラッドとした光カプラとしても良い。
自己形成光導波路を形成するための光硬化性樹脂液は、入手可能な任意のものを適用できる。硬化機構も、ラジカル重合、カチオン重合其の他任意である。硬化光は一般的にはレーザ光が好ましい。レーザの波長と強度で、光硬化性樹脂液の硬化速度を調整すると良い。尚、光硬化開始剤（光重合開始剤）は光硬化性樹脂液とレーザの波長に応じ、入手可能な任意のものを適用できる。これらについては、本願出願人が共願人である例えば特許文献３に次のものが列挙されている。
【００１６】
構造単位中にフェニル基等の芳香族環を一つ以上含んだものが高屈折率、脂肪族系のみからなる場合は低屈折率となる。屈折率を下げるために構造単位中の水素の一部をフッ素に置換したものであっても良い。
脂肪族系としてはエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等の多価アルコール。
芳香族系としてはビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、ビスフェノールＺ、ビスフェノールＦ、ノボラック、o-クレゾールノボラック、p-クレゾールノボラック、p-アルキルフェノールノボラック等の各種フェノール化合物等。
これら、あるいはこれらから任意に１種乃至複数種選択された多価アルコールのオリゴマー（ポリエーテル）の構造を有する比較的低分子（分子量３０００程度以下）骨格に、反応基として次の官能基等を導入したもの。
〔ラジカル重合性材料〕
ラジカル重合可能なアクリロイル基等のエチレン性不飽和反応性基を構造単位中に１個以上、好ましくは２個以上有する光重合性モノマー及び／又はオリゴマー。エチレン性不飽和反応性基を有するものの例としては、（メタ）アクリル酸エステル、イタコン酸エステル、マレイン酸エステル等の共役酸エステルを挙げることができる。
〔カチオン重合性材料〕
カチオン重合可能なオキシラン環（エポキシド）、オキセタン環等の反応性エーテル構造を構造単位中に１個以上、好ましくは２個以上有する、光重合性のモノマー及び／又はオリゴマー。オキシラン環（エポキシド）としては、オキシラニル基の他、3,4-エポキシシクロヘキシル基なども含まれる。またオキセタン環とは、４員環構造のエーテルである。
【００１７】
〔ラジカル重合開始剤〕
ラジカル重合性モノマー及び／又はオリゴマーから成るラジカル重合性材料の重合反応を光によって活性化する化合物である。具体例としては、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル及びベンゾインプロピルエーテル等のベンゾイン類、アセトフェノン、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン、2,2-ジエトキシ-2-フェニルアセトフェノン、1,1-ジクロロアセトフェノン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-メチル-1-(4-(メチルチオ)フェニル)-2-モルホリノプロパン-1-オン及びN,N-ジメチルアミノアセトフェノン等のアセトフェノン類、2-メチルアントラキノン、1-クロロアントラキノン及び2-アミルアントラキノン等のアントラキノン類、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2-クロロチオキサントン及び2,4-ジイソプロピルチオキサントン等のチオキサントン類、アセトフェノンジメチルケタール及びベンジルジメチルケタール等のケタール類、ベンゾフェノン、メチルベンゾフェノン、4,4'-ジクロロベンゾフェノン、4,4'-ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーズケトン及び4-ベンゾイル-4'-メチルジフェニルサルファイド等のベンゾフェノン類、並びに2,4,6-トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド等が挙げられる。尚、ラジカル重合開始剤は単独で使用しても、２種以上を併用しても良く、また、これらに限定されることはない。
〔カチオン重合開始剤〕
カチオン重合性モノマー及び／又はオリゴマーから成るカチオン重合性材料の重合反応を光によって活性化する化合物である。具体例としては、ジアゾニウム塩、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、セレニウム塩、ピリジニウム塩、フェロセニウム塩、ホスホニウム塩、チオピリニウム塩が挙げられるが、熱的に比較的安定であるジフェニルヨードニウム、ジトリルヨードニウム、フェニル(p-アニシル)ヨードニウム、ビス(p-t-ブチルフェニル)ヨードニウム、ビス(p-クロロフェニル)ヨードニウムなどの芳香族ヨードニウム塩、ジフェニルスルホニウム、ジトリルスルホニウム、フェニル(p-アニシル)スルホニウム、ビス(p-t-ブチルフェニル)スルホニウム、ビス(p-クロロフェニル)スルホニウムなどの芳香族スルホニウム塩等のオニウム塩光重合開始剤が好ましい。芳香族ヨードニウム塩および芳香族スルホニウム塩等のオニウム塩光重合開始剤を使用する場合、アニオンとしてはBF4-、AsF6-、SbF6-、PF6-、B(C6F5)4-などが挙げられる。尚、カチオン重合開始剤は単独で使用しても、２種以上を併用しても良く、また、これらに限定されることはない。
【実施例１】
【００１８】
本発明により光カプラを作製した。図３はその写真図である。図３．Ａの光カプラは図１．Ａの光カプラの構成部品１００を用いて、図１．Ｂのように６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2から硬化光を導入して軸状のコアを自己形成的に硬化させることにより得られた。図３．Ｂの光カプラは図１．Ａの光カプラの構成部品１００を用いて、図１．Ｃのように３個の接続端Ａ2、Ｂ1、Ｃ1から硬化光を導入して軸状のコアを自己形成的に硬化させることにより得られた。
いずれも、３枚のハーフミラーと１枚のミラーに４頂点をおく四角形の一辺が５ｍｍのものである。
【００１９】
６個の接続端Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2から硬化光を導入するには、例えば光ファイバを用いて、光硬化性樹脂２０を硬化させうる波長の硬化光を導入する。当該硬化光は例えばレーザ光が好ましい。こうして、上記特許文献１乃至４の技術により、硬化物の屈折率が未硬化の液状物よりも屈折率が高いことで集光が生じて、長尺の軸状のコアが硬化光の６個の導入端から順次成長する。当該軸状のコアは３枚のハーフミラーと１枚のミラーに達すると各々透過及び反射して、さらに軸状のコアが成長していく。この際、いわゆる光ハンダにより、異なる方向から延びたコアの合体部は滑らかな側面を有する、１本の軸状のコアとなる。こうして、６個の導入端からの光の中心軸が、３枚のハーフミラーと１枚のミラーとで透過及び反射する方向全てに軸状のコアが形成されることで、６個の入出力端と３枚のハーフミラーと１枚のミラーとが、径を有する光導波路のコアで接続される。この光導波路は、実質的に図２．Ａ及び図２．Ｂで説明したような、１つの光入力端から４つの光出力端への光伝送を行いうるものである。
【００２０】
図３．Ａの光カプラの伝送損失を測定した。結果を表１に示す。
【表１】
【００２１】
表１に示す通り、光カプラとしての本来の機能である、Ｉｎ−ａからＯｕｔ−ｂ及びＯｕｔ−ｃ、Ｉｎ−ｂからＯｕｔ−ｃ及びＯｕｔ−ａ、Ｉｎ−ｃからＯｕｔ−ａ及びＯｕｔ−ｂへは、減衰量１２ｄＢ未満であって、良好な分配が可能であった。光カプラとしては好ましくない、Ｉｎ−ａからＯｕｔ−ａ、Ｉｎ−ｂからＯｕｔ−ｂ、Ｉｎ−ｃからＯｕｔ−ｃへは、減衰量が２１ｄＢを越えるので、ノイズとして処理可能な範囲であった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の光カプラを幹線から各端末に分岐するための分岐装置として用いることで、光ＬＡＮを構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】１．Ａは、本願の一例である光カプラの構成部品１００の構成を示す平面図、１．Ｂは本願の一例である光カプラの構成部品１００を用いた光カプラの製造方法の初期段階を示す工程図、１．Ｃは本願の一例である光カプラの構成部品１００を用いた光カプラの他の製造方法の初期段階を示す工程図。
【図２】本願による光カプラの製造時及び、光カプラの使用時の、光の伝送経路の原理を示す５つの説明図。
【図３】３．Ａは、図１．Ｂの光カプラの製造方法により得られた光カプラの写真図、３．Ｂは、図１．Ｃの光カプラの製造方法により得られた光カプラの写真図。
【符号の説明】
【００２４】
１００：光カプラの構成部品
１０：筐体
１０ｖ：筐体１０の内部
２０：未硬化の液状の光硬化性樹脂
２１：光硬化性樹脂２０の硬化物（軸状のコア）
ＨＭ：ハーフミラー
Ｍ：ミラー
Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2：接続端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状樹脂を内部に保持可能とでき、光ファイバその他の外部光導波路を接続するための６個の接続端を有する筐体と、
当該筐体の内部に固定された３個のハーフミラーと１個のミラーとを有し、
前記６個の接続端の、光学中心をＡ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2とおき、筐体内に四角形ＡＢＣＤの４頂点を４点Ａ1ＡＢＢ2、３点Ａ2ＡＤ、４点Ｂ1ＢＣＣ2、３点Ｃ1ＣＤが、各々その順に同一直線上に位置するよう配置し、
前記３個のハーフミラーは、前記四角形ＡＢＣＤの３頂点Ａ、Ｂ、Ｃの各々に、当該各頂点を形成する２辺の成す面に垂直で当該内角二等分線を含む平面に各々配置され、
前記１個のミラーは、前記設計上の四角形ＡＢＣＤの残りの頂点Ｄに、その内角二等分線に垂直に配置されていることを特徴とする光カプラの構成部品。
【請求項２】
請求項１に記載の光カプラの構成部品を用い、
前記筐体に液状の光硬化性樹脂を充填して、当該光硬化性樹脂を硬化させうる波長の硬化光を、６個の接続端のいずれか２個以上から筐体内部に導入して軸状のコアを形成することを特徴とする光カプラの製造方法。
【請求項３】
前記６個の接続端の全てから、各々ベクトルＡ1Ａ方向、ベクトルＡ2Ａ方向、ベクトルＢ1Ｂ方向、ベクトルＢ2Ｂ方向、ベクトルＣ1Ｃ方向、ベクトルＣ2Ｃ方向に前記硬化光を導入して軸状のコアを形成することを特徴とする請求項２に記載の光カプラの製造方法。
【請求項４】
ベクトルＡ1Ａ方向とベクトルＡ2Ａ方向のいずれか１方向と、ベクトルＢ1Ｂ方向とベクトルＢ2Ｂ方向のいずれか１方向と、ベクトルＣ1Ｃ方向とベクトルＣ2Ｃ方向のいずれか１方向との３方向から前記硬化光を導入して軸状のコアを形成することを特徴とする請求項２に記載の光カプラの製造方法。
【請求項５】
１個の光入力端と１個の光出力端との対を３対有し、
３個のハーフミラーと、
１個のミラーと、
前記３個の光入力端と前記３個の光出力端と前記３個のハーフミラーと前記１個のミラーとを繋ぎ、前記３個のハーフミラーが分岐点となっている軸状の光導波路とを有する光カプラであって、
前記軸状の光導波路は前記ハーフミラーと前記ミラーを４個の頂点に有する四角形部分と、当該四角形の４個の辺を長さ方向に延長して前記３個の光入力端及び前記３個の光出力端を前記ハーフミラーと繋ぐ部分とを有し、
前記四角形の各頂点に位置する前記ハーフミラーは、各々当該頂点を形成する２辺の成す面に垂直で当該２辺の成す内角の二等分線を含む平面に配置され、
前記四角形の残りの頂点に位置する前記ミラーは、当該頂点の内角二等分線に垂直に配置され、
任意の前記光入力端から入力された信号光は、対となる前記出力端以外の２個の前記光出力端に各々減衰を伴って分配されることを特徴とする光カプラ。
【請求項６】
前記対となる前記光入力端と前記光出力端のうち、少なくとも１対は、１個の光入出力端子であることを特徴とする請求項５に記載の光カプラ。
【請求項７】
前記光導波路は、光硬化性樹脂から成ることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光カプラ。
【請求項１】
液状樹脂を内部に保持可能とでき、光ファイバその他の外部光導波路を接続するための６個の接続端を有する筐体と、
当該筐体の内部に固定された３個のハーフミラーと１個のミラーとを有し、
前記６個の接続端の、光学中心をＡ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2、Ｃ1、Ｃ2とおき、筐体内に四角形ＡＢＣＤの４頂点を４点Ａ1ＡＢＢ2、３点Ａ2ＡＤ、４点Ｂ1ＢＣＣ2、３点Ｃ1ＣＤが、各々その順に同一直線上に位置するよう配置し、
前記３個のハーフミラーは、前記四角形ＡＢＣＤの３頂点Ａ、Ｂ、Ｃの各々に、当該各頂点を形成する２辺の成す面に垂直で当該内角二等分線を含む平面に各々配置され、
前記１個のミラーは、前記設計上の四角形ＡＢＣＤの残りの頂点Ｄに、その内角二等分線に垂直に配置されていることを特徴とする光カプラの構成部品。
【請求項２】
請求項１に記載の光カプラの構成部品を用い、
前記筐体に液状の光硬化性樹脂を充填して、当該光硬化性樹脂を硬化させうる波長の硬化光を、６個の接続端のいずれか２個以上から筐体内部に導入して軸状のコアを形成することを特徴とする光カプラの製造方法。
【請求項３】
前記６個の接続端の全てから、各々ベクトルＡ1Ａ方向、ベクトルＡ2Ａ方向、ベクトルＢ1Ｂ方向、ベクトルＢ2Ｂ方向、ベクトルＣ1Ｃ方向、ベクトルＣ2Ｃ方向に前記硬化光を導入して軸状のコアを形成することを特徴とする請求項２に記載の光カプラの製造方法。
【請求項４】
ベクトルＡ1Ａ方向とベクトルＡ2Ａ方向のいずれか１方向と、ベクトルＢ1Ｂ方向とベクトルＢ2Ｂ方向のいずれか１方向と、ベクトルＣ1Ｃ方向とベクトルＣ2Ｃ方向のいずれか１方向との３方向から前記硬化光を導入して軸状のコアを形成することを特徴とする請求項２に記載の光カプラの製造方法。
【請求項５】
１個の光入力端と１個の光出力端との対を３対有し、
３個のハーフミラーと、
１個のミラーと、
前記３個の光入力端と前記３個の光出力端と前記３個のハーフミラーと前記１個のミラーとを繋ぎ、前記３個のハーフミラーが分岐点となっている軸状の光導波路とを有する光カプラであって、
前記軸状の光導波路は前記ハーフミラーと前記ミラーを４個の頂点に有する四角形部分と、当該四角形の４個の辺を長さ方向に延長して前記３個の光入力端及び前記３個の光出力端を前記ハーフミラーと繋ぐ部分とを有し、
前記四角形の各頂点に位置する前記ハーフミラーは、各々当該頂点を形成する２辺の成す面に垂直で当該２辺の成す内角の二等分線を含む平面に配置され、
前記四角形の残りの頂点に位置する前記ミラーは、当該頂点の内角二等分線に垂直に配置され、
任意の前記光入力端から入力された信号光は、対となる前記出力端以外の２個の前記光出力端に各々減衰を伴って分配されることを特徴とする光カプラ。
【請求項６】
前記対となる前記光入力端と前記光出力端のうち、少なくとも１対は、１個の光入出力端子であることを特徴とする請求項５に記載の光カプラ。
【請求項７】
前記光導波路は、光硬化性樹脂から成ることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光カプラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１９８６０８（Ｐ２００９−１９８６０８Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３７９５６（Ｐ２００８−３７９５６）
【出願日】平成２０年２月１９日（２００８．２．１９）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１９日（２００８．２．１９）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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