受光デバイス
【課題】３次元光学系における入射光に対し、より広い角度範囲で軸ズレ入射光を受光できる受光デバイスを提供すること。
【解決手段】光源１から自由空間２で隔てられた受光素子４と、受光素子４の入力端の近傍に配置し、反射機能を有する側面の対向する間隔が受光素子４の方向に向かうに従って小さくなり、内部に入射側面５から出射側面６に亘る範囲において側面と実質上対面する光軸３を含む反射面７を具備するレンズ集光器１０とを備える。
【解決手段】光源１から自由空間２で隔てられた受光素子４と、受光素子４の入力端の近傍に配置し、反射機能を有する側面の対向する間隔が受光素子４の方向に向かうに従って小さくなり、内部に入射側面５から出射側面６に亘る範囲において側面と実質上対面する光軸３を含む反射面７を具備するレンズ集光器１０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、光空間伝送に使用される受光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光空間伝送において送信部と受信部の光軸が合っているのが理想的であるが、現実的には、固定送信部と固定受信部のアライメント不良による静的軸ズレや、送信部と受信部の少なくとも一方が移動（可動）体である場合の動的軸ズレが存在する。軸ズレが発生すると受光レベルの低下によりＳＮ劣化、誤り率の増加による伝送レート低下、送信パワーの増加などの問題が生じる。さらに、高速応答する受光素子になるほど受光面積が小さくなるので、軸ズレの影響が顕著となる。なお、上記軸ズレは位置ズレと角度ズレの両者を含んでいる。光空間伝送の場合、自由空間伝搬中にビーム径はある程度広がっているので位置ズレよりも角度ズレが特に問題である。しかし、面積の小さな受光素子に集光するための従来のレンズなどは分散面が固定的な曲面であるために入射角の変動により集光位置が敏感に変化するので利得の劣化をもたらす。
【０００３】
角度ズレした入射光を広角度で受光する方法としては、受光素子方向に断面が小さくなる円錐形状のレンズの側面に反射鏡を備えることにより、直接に受光素子に入射しない光も側面での反射を通して受光素子に入射させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、特許文献１の円錐形状をラッパ形状のレンズにして許容指向角を広げ、さらに、レンズ内の屈折率を伝搬方向に大きくしてより許容指向角を広げたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、結合素子に、入射側面に対して傾いた面であって、入射方向に対し所定の伝播角度範囲内で入射側面に入射した信号光を入射側面側に反射して、その入射側面と共同して信号光を入射側面との間隔が開いた方向に導く出射側面を備えたものもある（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−６２０３９号公報（例えば、第１図）
【特許文献２】特開２００５−２１８１０２号公報（例えば、第１図）
【特許文献３】特開２０００−１１１７５４号公報（例えば、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の円錐形状および特許文献２のラッパ形状の一定屈折率の集光器の場合、入射角α（即ち、入射側面での屈折角α1）が小さい光は側面での反射により受光素子に結合できるが、図５に示すように、入射角が大きい光（屈折角がα1>3/2π-2θ1−θ2）は集光器側面での反射により入射側面側に反射され、受光素子に結合できない。尚、図５は、一般的な伝搬方向に接近する２個の反射面の多重反射による入射光の軌跡の説明図である。
【０００６】
それを改善するために、特許文献２では伝搬方向に屈折率が大きくなるように屈折率分布をつけて、集光器の側面の反射面への入射角を大きくなる、すなわち、伝搬にしたがって進行方向と光軸のなす角度が小さくなる様にすることで許容受光角を広げている。
【０００７】
しかし、集光器内に屈折率分布を形成することは技術的に困難であるだけでなく、コスト的にも非常に不利であるという課題がある。
【０００８】
一方、特許文献３の従来の方法は、２次元的な光の伝搬には有効であるが、３次元的に入射する光に対しては効果が無いという問題がある。
【０００９】
本発明は、従来の装置のこの様な課題を考慮して、３次元光学系における入射光に対し、より広い角度範囲で軸ズレ入射光を受光できる受光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するため本発明は、第１の本発明は、光源からの出射光を集光して出射する集光器と、前記集光器からの出射光を受光する受光素子とを備えた受光デバイスであって、
前記集光器は、両端に入射側面と出射側面とを有し、前記入射側面から入射した光を反射させる反射機能を有する側面の内部が前記入射側面から前記出射側面に向かうに従って実質上せまくなっており、前記集光器の内部には、前記入射側面から前記出射側面に亘る全部又は一部の範囲において前記側面と実質上対面する反射面が設けられている受光デバイスである。
【００１１】
又、第２の本発明は、上記反射面が前記集光器の光軸を含む上記第１の本発明の受光デバイスである。
【００１２】
又、第３の本発明は、上記反射面が複数であって、前記反射面同士の交線が存在する上記第１の本発明の受光デバイスである。
【００１３】
又、第４の本発明は、上記複数の反射面の前記交線が、前記集光器の光軸に平行である上記第３の本発明の受光デバイスである。
【００１４】
又、第５の本発明は、上記反射面が複数であって、前記反射面同士の交線が存在しない上記第１の本発明の受光デバイスである。
【００１５】
又、第６の本発明は、上記集光器の光軸に対する前記反射面の傾斜の程度が、前記入射側面から前記出射側面に向かうに従って小さくなる上記第５の本発明の受光デバイスである。
【００１６】
又、第７の本発明は、上記反射面が金属面で形成されている上記第１の本発明の受光デバイスである。
【００１７】
又、第８の本発明は、上記反射面がブラグ反射を起こす周期構造で形成されている上記第１の本発明の受光デバイスである。
【００１８】
又、第９の本発明は、上記反射面が、前記集光器と異なる屈折率を有する材料との全反射を起こす界面で形成されている上記第１の本発明の受光デバイスである。
【００１９】
又、第１０の本発明は、上記集光器の前記入射側面と前記出射側面との少なくとも一方が曲面である上記第１〜９の何れかの本発明の受光デバイスである。
【００２０】
又、第１１の本発明は、上記集光器の前記入射側面に、又は前記出射側面と前記受光素子との間に、特定の波長のみを透過するフィルターを備えた上記第１〜１０の何れかの本発明の受光デバイスである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、従来に比べて受信許容角度の大きな受光デバイスを提供できるという効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明に係る一実施の形態の受光デバイスであって、光軸を含む反射面を介して２個の導光部９が接するレンズ集光器１０を具備する受光デバイスの構成概要図である。尚、図１（ａ）は、受光デバイスの縦方向の断面を模式的に表した図であり、図１（ｂ）は、受光デバイスの光軸に垂直な断面から見た光線軌跡を説明するための模式図である。同図を用いて、本実施の形態の構成について説明する。
【００２３】
本願の実施の形態の受光デバイスは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、光源１から自由空間２で隔てられ、光軸３上の受光素子４と、入射側面５が曲面を有し、出射側面６が受光素子４に接し、側面の反射面８の対面する間隔が受光素子４に向かうに従って小さくなり、入射側面と出射側面を分割し光軸を含む反射面７を内部に具備するレンズ集光器１０とで構成されている。
【００２４】
ただし、反射面７は平面であっても曲面であっても良い。また、少しの特性劣化が許容できるならば厳密に光軸を含む必要も無い。
【００２５】
次に、本実施の形態の光軸を含む反射面７を有するレンズ集光器を使用して、軸ズレ平行入射光が受光面積の小さなＰｉｎ−ＰＤ（Ｐｉｎ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）やＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）などの受光素子に集光されるメカニズムを光線軌跡を使用して説明する。
【００２６】
まず、図５に示す、対向する反射面での多重反射の従来タイプのレンズ集光器１１０の２次元モデルを使用して光線の軌跡について説明する。
【００２７】
入射角１２（α）の軸ズレ平行入射光１１は、まずレンズ集光器１１０の入射側面５上でα1方向に屈折し、第１反射面１５上の第１反射点１７で反射する。第１反射点での反射角をβ１（第１反射角β１＝π／２ −θ１−α１）とし、第１反射面１５と光軸３とのなす角度をθ1とし、第１反射面１５と対向する第２反射面１６と光軸３とのなす角度をθ2とすると、第２反射側面１６上の第２反射点１８での第２反射角β２（β２＝θ１＋θ２−β１−π）は、次式で表される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
すなわち、β2＝０となるα1（式２）から計算するαが最大受光角となる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
ただし、αは次式のスネルの法則から導かれ、想定する入射角度範囲ではαとα１は単調増加関係にあるので、最大受光角を最大屈折角α１maxで代用する。
【００３２】
【数３】
【００３３】
以上の結果は、光軸対称な３次元光学系についても成立する。
【００３４】
次に、図１に示す本願の実施の形態１の場合について光線軌跡を使用して説明する。
【００３５】
光軸を含む反射面が存在していない従来例（図５参照）で、許容受光角範囲を超える入射角を有する軸ズレ平行入射光１１を考える。最初の反射点が、光軸を含む反射面が存在しない従来のレンズ集光器１１０の側面の場合は、光軸を含む反射面７が存在する本願の実施の形態１と比較して、第１反射点までの軌跡の相違は無い。
【００３６】
しかし、次式２’を満たす屈折角α１の光線の第１反射点での反射後の軌跡は、従来例の場合は、レンズ集光器１１０の第１反射点を含む側面に対向する側面上の第２反射点まで進み、その後レンズ集光器の入射側面から外へ反射される。
すなわち上記の屈折角α１は、式２から導かれる式２’の関係を満たしている。
【００３７】
【数４】
【００３８】
ここで、α１max’は、従来のレンズ集光器１１０における最大屈折角を示す。
【００３９】
一方、本願の実施の形態１の第１反射点での反射後の軌跡は、光軸を含む反射面上に第２反射点を有するので、第２反射点での反射後、第１反射点を有するレンズ集光器の側面上の第３反射点に向かって進み、最終的に受光素子に結合される。すなわち、本願の実施の形態１の場合は、式２においてθ２=0となるので式４が成り立つ。
【００４０】
【数５】
【００４１】
この式４から、本願の実施の形態１のレンズ集光器１０の最大屈折角α１maxの方が、従来の最大屈折角α１max’よりも大きいことが分かり、本実施の形態の方が、従来より広い受光角を有すると言える。
【００４２】
光軸を含む反射面が存在しない従来のレンズ集光器１１０の場合、反射点は全てレンズ集光器の側面上となるので上記の場合だけを検討すれば十分であるが、本実施の形態の場合は、最初の反射点が光軸を含む反射面７上の場合がある。
【００４３】
そこで、次にその場合の光線軌跡について説明する。即ち、その場合の光線軌跡は、最初の光軸を含む反射面７上の第１反射点での反射の後、レンズ集光器の側面上の第２反射点で反射し、光軸を含む反射面と第２の反射点を含むレンズ集光器の側面間で多重反射することで、最終的に受光素子に結合される。この場合は、式２においてθ１=0となるので、次式４’の関係が成り立つ。
【００４４】
【数６】
【００４５】
よって式４’から、最初の反射点が光軸を含む反射面７上の場合であっても、光軸を含む反射面が無い従来の場合に比べて許容受光範囲広いことが分かる。
【００４６】
尚、図１（ａ）、図１（ｂ）には、軸ズレ平行入射光１１の光線軌跡が反射面７で反射して出射側面６側に進む場合とともに、比較のために、入射側面５側から出ていく従来の光線軌跡１４も同時に表されている。
【００４７】
次に、本願の実施の形態１のレンズ集光器１０の作製方法について説明する。
即ち、従来のレンズ集光器１１０を、光軸３を含む面に沿って２分割した形状と同形状のものを用意し、反射面８を挟んだ状態で、接着しても良いし、固定冶具で保持しても良い。また、反射面８は、金属面や、ブラグ反射を利用した屈折率の周期構造や、レンズ集光器１０の導光部９の屈折率と異なる屈折率材料と導光部９の境界面での全反射構造などが挙げられる。
【００４８】
なお、レンズ集光器の出力面が受光素子のセンシング部分、例えば、半導体の活性層まで達していると高効率化が図れる。
【００４９】
また、レンズ集光器の入射側面に接して、あるいは、出射側面と受光素子間に特定の波長のみを透過するフィルターを具備していても良い。
【００５０】
このように、受光素子方向に断面が小さくなるレンズ集光器の側面だけでなく、光軸を含む面上にも反射面７を形成することで、レンズ集光器の側面の反射面への入射角をより大きくできるので、より広角での受光が可能となる。
（実施の形態２）
図２は、本発明に係る別の実施の形態の受光デバイスであって、光軸を含む２個の反射面を介して４個の導光部５９が接するレンズ集光器５０を具備する受光デバイスの構成を示す概要図である。尚、図２（ａ）は、受光デバイスの縦方向の断面を模式的に表した図であり、図２（ｂ）は、受光デバイスの光軸に垂直な断面から見た光線軌跡を説明するための模式図である。同図を用いて、本実施の形態の構成について上記実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５１】
本願の実施の形態の受光デバイスは、図２（ｂ）に示すように、本願の実施の形態１の反射面７と、その反射面７との交線が光軸３と一致する第２の反射面１９を具備し、４個の導光部５９で構成されるレンズ集光器５０を備えた点において図１の構成と異なる。
【００５２】
上記実施の形態１において、入射側面における入射光と透過光を含む面（本明細書では、この面を入射面と定義し、以下、入射面と呼ぶ。）が、光軸３から遠くない入射光は第１反射点と第２反射点のいずれかが必ず光軸を含む反射面７，１９上にあるので、光軸を含む反射面７が１個（図１（ｂ）参照）でも従来よりも受光角が広がるといえる。
【００５３】
しかし、図１の構成では、入射側面における入射面が光軸３から遠い入射光は、レンズ集光器１０から入射側面側に出ていってしまう場合がある。そのことを、図２（ｂ）を代用して説明する。
【００５４】
即ち、図１のレンズ集光器１０の構成は、例えば図２（ｂ）の構成で第２反射面１９が存在しないとした場合と等価であるから、光軸を含む第２反射面１９が無い場合の光線軌跡２０を図２（ｂ）に示すとすれば、レンズ集光器５０の側面上の第１反射点３０で反射した光線は破線で示すように、同じ導光部５９のレンズ集光器５０の側面上に第２反射点３１を有することになる。そしてこの光線は、第２反射点３１から入射側面５側へ戻ってしまう。従ってこの場合、許容受光角度は従来のレンズ集光器１１０と同じとなる。
【００５５】
そこで、入射側面における入射面が光軸から遠い入射光でも、第２反射点が、第１反射点と同じ導光部のレンズ集光器の側面上に来ないように、光軸を含む反射面７，１９を複数個設けたのが実施の形態２である。
【００５６】
光軸を含む反射面の数は多いほど良いが、図２のように２個にしてレンズ集光器５０の導光部５９を４個にすれば、光軸を含む反射面が１個の構成では受光できない入射光でも、図２（ｂ）に示すように第２反射点３２が光軸を含む反射面１９上になるので、受光素子４に結合できる。なお、光軸を含む反射面７，１９の配置は光軸３に対して対称であることが望ましい。
【００５７】
このように、光軸を含む反射面を複数個にすることで入射側面における入射面が光軸から遠い入射光に対しても、上記実施の形態１の構成より広角での受光が可能となる。
【００５８】
尚、本実施の形態のレンズ集光器５０の作製方法は、従来のレンズ集光器１１０を光軸３を含む面に沿って４分割した形状と同形状のものを用意しさえすれば、その後の工程は、上記実施の形態１で説明した場合と基本的には同じである。
（実施の形態３）
図３は、本発明に係る別の実施の形態の受光デバイスであって、光軸を中心に対向する平行な反射面で構成される有限反射面２１を介して４個の導光部６９が接するレンズ集光器６０を具備する受光デバイスの構成概要図である。尚、図３（ａ）は、受光デバイスの光軸３を含むＡ−Ａ’断面（図３（ｂ）参照）を模式的に表した図であり、図３（ｂ）は、受光デバイスの光軸に垂直な断面において光線軌跡を模式的に示した図である。同図を用いて、本実施の形態の構成について上記実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５９】
本願の実施の形態の受光デバイスは、図３に示すように、上記実施の形態２で説明した反射面７，１９の内部に導波路構造の導光部分を有する構成と等価であり、上記の反射面７，１９を、対向する反射面で構成された有限反射面２１と有限反射面内の導光部分２２とに置き換えた構成である。
【００６０】
本実施の形態のレンズ集光器６０の作製方法は、有限反射面内の導光部分２２の部分を除き上述した実施の形態２の場合と基本的には同じである。
【００６１】
有限反射面内の導光部分２２は、上述した作製方法で用いた接着層の厚みを厚めに制御して作製してもよいし、ガラス材料又は樹脂材料等を用いて金型で成形したものを４分割されたレンズ集光器の間に挟み込む様にして作製しても良い。成形材料は、導光部６９と同一でも良いし異なっていても良い。あるいは、単に空気層を設けるだけでも良い。
【００６２】
このように、上記実施の形態と同じ許容受光角を有するレンズ集光器６０の導光部６９の他に、式２においてθ１＝θ２＝０を代入した場合と等価な関係となる、光軸を含む有限反射面内の導光部分２２が構成されている。この導光部分２２は、上記実施の形態の構成には存在しないため、光軸近傍の有限反射面内の導光部分２２に入射する光は、上記実施の形態よりもより広い受光角を有することになる。
【００６３】
この有限反射面内の導光部分２２の断面が大きくなるほど、上記実施の形態の許容受光角よりも受光角の大きな部分の割合が増えるので、レンズ集光器６０全体の許容受光角が大きくなる。尚、図３（ｂ）に光線軌跡を示す。ここで、図３（ｂ）の破線部分は、光線が反射を繰り返すことを表現したものであり、反射を繰り返して最終的には受光素子４に到達する。
（実施の形態４）
図４は、本発明に係る別の実施の形態の受光デバイスであって、光軸を中心に対向する湾曲した反射面で構成される有限反射面１２１を介して４個の導光部７９が接するレンズ集光器７０を具備する受光デバイスの構成概要図である。同図を用いて、本実施の形態の構成について上記実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００６４】
本願の実施の形態４は、上記実施の形態３の有限反射面内の導光部分２２の光軸３に垂直な断面の面積を受光素子４に向かうに従って小さくした例である（図４（ｂ）、（ｃ）参照）。
【００６５】
ここで、図４（ａ）は、受光デバイスの光軸３を含むＡ−Ａ’断面（図３（ｂ）参照）を模式的に表した図であり、図４（ｂ）は、受光デバイスの光軸に垂直な断面において光線軌跡を模式的に示した図である。図４（ｃ）は、有限反射面内の導光部分１２２の断面の変化を説明するために、図４（ｂ）によりも受光素子４に近い位置における光軸３に垂直な断面を示した模式図である。
【００６６】
本実施の形態の場合、有限反射面内の導光部分１２２の許容受光角は実施の形態３に比べて小さくなるが、レンズ集光器７０を構成する導光部７９は式２において、第２傾斜角θ２が負の値となるので、第２傾斜角θ２＝０となる実施の形態１〜実施の形態３よりも許容受光角が大きい。その理由を以下に説明する。
【００６７】
ここで、図４において導光部７９ではθ１＞０、θ２＜０となるが、有限反射面内の導光部分１２２は対向する面の曲率が異符号となるためθ１＞０、θ２＞０となる。なぜなら、図５でラッパ状に広がっている場合をθ１＞０、θ２＞０で同符号と定義しているからである。
【００６８】
即ち、実施の形態４の有限反射面の導光部分１２２の場合は、θ１＞０、θ２＞０となるので、図３で述べた導光部分２２の最大屈折角、図４で述べた導光部分１２２の最大屈折角をそれぞれα１max（22）、α１max（122）と表すとすると、式２より、次の式が導ける。
【００６９】
【数７】
【００７０】
よって、式５からα１max（１22）＜α１max（22）の関係が成り立つので、本実施の形態の導光部分１２２の許容受光角の方が、実施の形態３の導光部分２２の許容受光角に比べて小さくなることが分かる。
【００７１】
したがって、本実施の形態の有限反射面内の導光部分１２２の断面形状が小さい場合には導光部分１２２の影響は小さくなり、導光部７９の全体に占める割合が、実施の形態３の場合より大きくなり得るため、実施の形態３よりも効果的に許容受光角を広げることができる。
【００７２】
このように、受光素子方向に断面が小さくなるレンズ集光器の側面だけでなく、光軸を含む面上にも反射面を形成することで、レンズ集光器の側面の反射面への入射角をより大きくできるので、より広角での受光が可能となる。
【００７３】
以上説明した様に本発明は、例えば、光源から自由空間で隔てられた受光素子と、受光素子の入力端の近傍に配置し、反射機能を有する側面の対向する間隔が受光素子方向に向かって小さくなり、内部に入射側面と出射側面を分割する少なくとも一つの反射面を具備するレンズ集光器で構成される。
【００７４】
このように、レンズ集光器の側面だけでなく、レンズ集光器の内部にも入射側面と出射側面を分割する反射面を形成することにより、レンズ集光器への入射角をより大きくできるので、より広角での受光が可能となり、より広い受光角範囲で高速光空間伝送を可能とする光学系を提供できるという効果を有する。
【００７５】
尚、上記実施の形態では、レンズ集光器の内部に、入射側面から出射側面に亘る全範囲において側面の反射面と実質上対面する反射面（例えば、図１の光軸を含む反射面７）が設けられている場合について説明したが、これに限らず例えば、入射側面の近傍及び／又は出射側面の近傍を除く範囲において本発明の反射面が設けられていてもかまわない。要するに、レンズ集光器への入射角をより大きくできる構成であれば、集光器の内部に、入射側面から出射側面に亘る一部の範囲において反射機能を有する側面と実質上対面する反射面が設けられている構成であってもよい。
【００７６】
又、上記実施の形態では、出射側面と受光素子とが接触している場合について説明したが、これに限らず例えば、双方の間に空間が存在しても良い。
【００７７】
又、上記実施の形態では、レンズ集光器の入射側面が曲面であって出射側面が平面である場合について説明したが、これに限らず例えば、出射側面が曲面であってもよい。
【００７８】
又、上記実施の形態では、導光部あるいは有限反射面内の導光部分の材料としてガラスや樹脂などを用いる場合を中心に説明したが、これに限らず例えば、前記集光器内に、光ファイバーアンプ（増幅器）のようにエリビュウム（Ｅｒ）やＹｂ（イットリビウム）などを添加したり、ラマン増幅効果を利用して外部から励起光に伴う誘導放出を起こすことで受光素子への入射光を増幅してもよい。
【００７９】
又、レンズ集光器の内部に、入射側面から出射側面に亘る全部又は一部の範囲において側面の反射面と実質上対面する反射面が設けられている構成例について、上記実施の形態で述べた例（例えば、図１の光軸を含む反射面７）の他に、例えば、断面がリング形状で対面するレンズ集光器の側面との間隔が、受光素子に向かって小さくなる構成も考えられる。即ち、具体的には、レンズ集光器の側面と同心円状の反射面（図示せず）等が挙げられるが、入射側面における入射光と、レンズ集光器内に入った透過光を含む面が光軸から離れている入射光は、第１反射点と第２反射点の両方がレンズ集光器の側面上となる割合が上記実施の形態のように断面がリング形状とならない場合よりも大きいので、受光角の拡大の効果はあまり大きくない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の受光デバイスは、より広い角度範囲で軸ズレ入射光を受光できるという効果を有し、光空間伝送等に使用される受光デバイス等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】（ａ）実施の形態１の受光デバイスの縦方向の断面を模式的に表した図，（ｂ）同実施の形態の受光デバイスの光軸に垂直な断面から見た光線軌跡を説明するための模式図
【図２】（ａ）実施の形態２の受光デバイスの縦方向の断面を模式的に表した図，（ｂ）同実施の形態の受光デバイスの光軸に垂直な断面から見た光線軌跡を説明するための模式図
【図３】（ａ）実施の形態３の受光デバイスの光軸を含むＡ−Ａ’断面を模式的に表した図，（ｂ）同実施の形態の受光デバイスの光軸に垂直な断面において光線軌跡を模式的に示した図
【図４】（ａ）実施の形態４の受光デバイスの光軸を含むＡ−Ａ’断面を模式的に表した図，（ｂ）同実施の形態の受光デバイスの光軸に垂直な断面において光線軌跡を模式的に示した図，（ｃ）同実施の形態の有限反射面内の導光部分の断面の変化を説明するための図
【図５】従来の受光デバイスでの対向する反射面での多重反射による光線軌跡の説明図
【符号の説明】
【００８２】
１ 光源
２ 自由空間
３ 光軸
４ 受光素子
５ 入射側面
６ 出射側面
７ 光軸を含む反射面
８ 側面の反射面
９、５９，６９，７９ 導光部
１０ レンズ集光器
１１ 軸ズレ（平行）入射光
１２ 入射角
１３ 光線軌跡
１４ 従来の光線軌跡
１５ 第１反射面
１６ 第２反射面
１７ 第１反射点
１８ 第２反射点
１９ 光軸を含む第２反射面
２０ 光軸を含む第２反射面が無い場合の光線軌跡
２１、１２１ 有限反射面
２２、１２２ 有限反射面内の導光部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、光空間伝送に使用される受光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光空間伝送において送信部と受信部の光軸が合っているのが理想的であるが、現実的には、固定送信部と固定受信部のアライメント不良による静的軸ズレや、送信部と受信部の少なくとも一方が移動（可動）体である場合の動的軸ズレが存在する。軸ズレが発生すると受光レベルの低下によりＳＮ劣化、誤り率の増加による伝送レート低下、送信パワーの増加などの問題が生じる。さらに、高速応答する受光素子になるほど受光面積が小さくなるので、軸ズレの影響が顕著となる。なお、上記軸ズレは位置ズレと角度ズレの両者を含んでいる。光空間伝送の場合、自由空間伝搬中にビーム径はある程度広がっているので位置ズレよりも角度ズレが特に問題である。しかし、面積の小さな受光素子に集光するための従来のレンズなどは分散面が固定的な曲面であるために入射角の変動により集光位置が敏感に変化するので利得の劣化をもたらす。
【０００３】
角度ズレした入射光を広角度で受光する方法としては、受光素子方向に断面が小さくなる円錐形状のレンズの側面に反射鏡を備えることにより、直接に受光素子に入射しない光も側面での反射を通して受光素子に入射させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、特許文献１の円錐形状をラッパ形状のレンズにして許容指向角を広げ、さらに、レンズ内の屈折率を伝搬方向に大きくしてより許容指向角を広げたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、結合素子に、入射側面に対して傾いた面であって、入射方向に対し所定の伝播角度範囲内で入射側面に入射した信号光を入射側面側に反射して、その入射側面と共同して信号光を入射側面との間隔が開いた方向に導く出射側面を備えたものもある（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−６２０３９号公報（例えば、第１図）
【特許文献２】特開２００５−２１８１０２号公報（例えば、第１図）
【特許文献３】特開２０００−１１１７５４号公報（例えば、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の円錐形状および特許文献２のラッパ形状の一定屈折率の集光器の場合、入射角α（即ち、入射側面での屈折角α1）が小さい光は側面での反射により受光素子に結合できるが、図５に示すように、入射角が大きい光（屈折角がα1>3/2π-2θ1−θ2）は集光器側面での反射により入射側面側に反射され、受光素子に結合できない。尚、図５は、一般的な伝搬方向に接近する２個の反射面の多重反射による入射光の軌跡の説明図である。
【０００６】
それを改善するために、特許文献２では伝搬方向に屈折率が大きくなるように屈折率分布をつけて、集光器の側面の反射面への入射角を大きくなる、すなわち、伝搬にしたがって進行方向と光軸のなす角度が小さくなる様にすることで許容受光角を広げている。
【０００７】
しかし、集光器内に屈折率分布を形成することは技術的に困難であるだけでなく、コスト的にも非常に不利であるという課題がある。
【０００８】
一方、特許文献３の従来の方法は、２次元的な光の伝搬には有効であるが、３次元的に入射する光に対しては効果が無いという問題がある。
【０００９】
本発明は、従来の装置のこの様な課題を考慮して、３次元光学系における入射光に対し、より広い角度範囲で軸ズレ入射光を受光できる受光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するため本発明は、第１の本発明は、光源からの出射光を集光して出射する集光器と、前記集光器からの出射光を受光する受光素子とを備えた受光デバイスであって、
前記集光器は、両端に入射側面と出射側面とを有し、前記入射側面から入射した光を反射させる反射機能を有する側面の内部が前記入射側面から前記出射側面に向かうに従って実質上せまくなっており、前記集光器の内部には、前記入射側面から前記出射側面に亘る全部又は一部の範囲において前記側面と実質上対面する反射面が設けられている受光デバイスである。
【００１１】
又、第２の本発明は、上記反射面が前記集光器の光軸を含む上記第１の本発明の受光デバイスである。
【００１２】
又、第３の本発明は、上記反射面が複数であって、前記反射面同士の交線が存在する上記第１の本発明の受光デバイスである。
【００１３】
又、第４の本発明は、上記複数の反射面の前記交線が、前記集光器の光軸に平行である上記第３の本発明の受光デバイスである。
【００１４】
又、第５の本発明は、上記反射面が複数であって、前記反射面同士の交線が存在しない上記第１の本発明の受光デバイスである。
【００１５】
又、第６の本発明は、上記集光器の光軸に対する前記反射面の傾斜の程度が、前記入射側面から前記出射側面に向かうに従って小さくなる上記第５の本発明の受光デバイスである。
【００１６】
又、第７の本発明は、上記反射面が金属面で形成されている上記第１の本発明の受光デバイスである。
【００１７】
又、第８の本発明は、上記反射面がブラグ反射を起こす周期構造で形成されている上記第１の本発明の受光デバイスである。
【００１８】
又、第９の本発明は、上記反射面が、前記集光器と異なる屈折率を有する材料との全反射を起こす界面で形成されている上記第１の本発明の受光デバイスである。
【００１９】
又、第１０の本発明は、上記集光器の前記入射側面と前記出射側面との少なくとも一方が曲面である上記第１〜９の何れかの本発明の受光デバイスである。
【００２０】
又、第１１の本発明は、上記集光器の前記入射側面に、又は前記出射側面と前記受光素子との間に、特定の波長のみを透過するフィルターを備えた上記第１〜１０の何れかの本発明の受光デバイスである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、従来に比べて受信許容角度の大きな受光デバイスを提供できるという効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は、本発明に係る一実施の形態の受光デバイスであって、光軸を含む反射面を介して２個の導光部９が接するレンズ集光器１０を具備する受光デバイスの構成概要図である。尚、図１（ａ）は、受光デバイスの縦方向の断面を模式的に表した図であり、図１（ｂ）は、受光デバイスの光軸に垂直な断面から見た光線軌跡を説明するための模式図である。同図を用いて、本実施の形態の構成について説明する。
【００２３】
本願の実施の形態の受光デバイスは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、光源１から自由空間２で隔てられ、光軸３上の受光素子４と、入射側面５が曲面を有し、出射側面６が受光素子４に接し、側面の反射面８の対面する間隔が受光素子４に向かうに従って小さくなり、入射側面と出射側面を分割し光軸を含む反射面７を内部に具備するレンズ集光器１０とで構成されている。
【００２４】
ただし、反射面７は平面であっても曲面であっても良い。また、少しの特性劣化が許容できるならば厳密に光軸を含む必要も無い。
【００２５】
次に、本実施の形態の光軸を含む反射面７を有するレンズ集光器を使用して、軸ズレ平行入射光が受光面積の小さなＰｉｎ−ＰＤ（Ｐｉｎ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）やＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）などの受光素子に集光されるメカニズムを光線軌跡を使用して説明する。
【００２６】
まず、図５に示す、対向する反射面での多重反射の従来タイプのレンズ集光器１１０の２次元モデルを使用して光線の軌跡について説明する。
【００２７】
入射角１２（α）の軸ズレ平行入射光１１は、まずレンズ集光器１１０の入射側面５上でα1方向に屈折し、第１反射面１５上の第１反射点１７で反射する。第１反射点での反射角をβ１（第１反射角β１＝π／２ −θ１−α１）とし、第１反射面１５と光軸３とのなす角度をθ1とし、第１反射面１５と対向する第２反射面１６と光軸３とのなす角度をθ2とすると、第２反射側面１６上の第２反射点１８での第２反射角β２（β２＝θ１＋θ２−β１−π）は、次式で表される。
【００２８】
【数１】
【００２９】
すなわち、β2＝０となるα1（式２）から計算するαが最大受光角となる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
ただし、αは次式のスネルの法則から導かれ、想定する入射角度範囲ではαとα１は単調増加関係にあるので、最大受光角を最大屈折角α１maxで代用する。
【００３２】
【数３】
【００３３】
以上の結果は、光軸対称な３次元光学系についても成立する。
【００３４】
次に、図１に示す本願の実施の形態１の場合について光線軌跡を使用して説明する。
【００３５】
光軸を含む反射面が存在していない従来例（図５参照）で、許容受光角範囲を超える入射角を有する軸ズレ平行入射光１１を考える。最初の反射点が、光軸を含む反射面が存在しない従来のレンズ集光器１１０の側面の場合は、光軸を含む反射面７が存在する本願の実施の形態１と比較して、第１反射点までの軌跡の相違は無い。
【００３６】
しかし、次式２’を満たす屈折角α１の光線の第１反射点での反射後の軌跡は、従来例の場合は、レンズ集光器１１０の第１反射点を含む側面に対向する側面上の第２反射点まで進み、その後レンズ集光器の入射側面から外へ反射される。
すなわち上記の屈折角α１は、式２から導かれる式２’の関係を満たしている。
【００３７】
【数４】
【００３８】
ここで、α１max’は、従来のレンズ集光器１１０における最大屈折角を示す。
【００３９】
一方、本願の実施の形態１の第１反射点での反射後の軌跡は、光軸を含む反射面上に第２反射点を有するので、第２反射点での反射後、第１反射点を有するレンズ集光器の側面上の第３反射点に向かって進み、最終的に受光素子に結合される。すなわち、本願の実施の形態１の場合は、式２においてθ２=0となるので式４が成り立つ。
【００４０】
【数５】
【００４１】
この式４から、本願の実施の形態１のレンズ集光器１０の最大屈折角α１maxの方が、従来の最大屈折角α１max’よりも大きいことが分かり、本実施の形態の方が、従来より広い受光角を有すると言える。
【００４２】
光軸を含む反射面が存在しない従来のレンズ集光器１１０の場合、反射点は全てレンズ集光器の側面上となるので上記の場合だけを検討すれば十分であるが、本実施の形態の場合は、最初の反射点が光軸を含む反射面７上の場合がある。
【００４３】
そこで、次にその場合の光線軌跡について説明する。即ち、その場合の光線軌跡は、最初の光軸を含む反射面７上の第１反射点での反射の後、レンズ集光器の側面上の第２反射点で反射し、光軸を含む反射面と第２の反射点を含むレンズ集光器の側面間で多重反射することで、最終的に受光素子に結合される。この場合は、式２においてθ１=0となるので、次式４’の関係が成り立つ。
【００４４】
【数６】
【００４５】
よって式４’から、最初の反射点が光軸を含む反射面７上の場合であっても、光軸を含む反射面が無い従来の場合に比べて許容受光範囲広いことが分かる。
【００４６】
尚、図１（ａ）、図１（ｂ）には、軸ズレ平行入射光１１の光線軌跡が反射面７で反射して出射側面６側に進む場合とともに、比較のために、入射側面５側から出ていく従来の光線軌跡１４も同時に表されている。
【００４７】
次に、本願の実施の形態１のレンズ集光器１０の作製方法について説明する。
即ち、従来のレンズ集光器１１０を、光軸３を含む面に沿って２分割した形状と同形状のものを用意し、反射面８を挟んだ状態で、接着しても良いし、固定冶具で保持しても良い。また、反射面８は、金属面や、ブラグ反射を利用した屈折率の周期構造や、レンズ集光器１０の導光部９の屈折率と異なる屈折率材料と導光部９の境界面での全反射構造などが挙げられる。
【００４８】
なお、レンズ集光器の出力面が受光素子のセンシング部分、例えば、半導体の活性層まで達していると高効率化が図れる。
【００４９】
また、レンズ集光器の入射側面に接して、あるいは、出射側面と受光素子間に特定の波長のみを透過するフィルターを具備していても良い。
【００５０】
このように、受光素子方向に断面が小さくなるレンズ集光器の側面だけでなく、光軸を含む面上にも反射面７を形成することで、レンズ集光器の側面の反射面への入射角をより大きくできるので、より広角での受光が可能となる。
（実施の形態２）
図２は、本発明に係る別の実施の形態の受光デバイスであって、光軸を含む２個の反射面を介して４個の導光部５９が接するレンズ集光器５０を具備する受光デバイスの構成を示す概要図である。尚、図２（ａ）は、受光デバイスの縦方向の断面を模式的に表した図であり、図２（ｂ）は、受光デバイスの光軸に垂直な断面から見た光線軌跡を説明するための模式図である。同図を用いて、本実施の形態の構成について上記実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５１】
本願の実施の形態の受光デバイスは、図２（ｂ）に示すように、本願の実施の形態１の反射面７と、その反射面７との交線が光軸３と一致する第２の反射面１９を具備し、４個の導光部５９で構成されるレンズ集光器５０を備えた点において図１の構成と異なる。
【００５２】
上記実施の形態１において、入射側面における入射光と透過光を含む面（本明細書では、この面を入射面と定義し、以下、入射面と呼ぶ。）が、光軸３から遠くない入射光は第１反射点と第２反射点のいずれかが必ず光軸を含む反射面７，１９上にあるので、光軸を含む反射面７が１個（図１（ｂ）参照）でも従来よりも受光角が広がるといえる。
【００５３】
しかし、図１の構成では、入射側面における入射面が光軸３から遠い入射光は、レンズ集光器１０から入射側面側に出ていってしまう場合がある。そのことを、図２（ｂ）を代用して説明する。
【００５４】
即ち、図１のレンズ集光器１０の構成は、例えば図２（ｂ）の構成で第２反射面１９が存在しないとした場合と等価であるから、光軸を含む第２反射面１９が無い場合の光線軌跡２０を図２（ｂ）に示すとすれば、レンズ集光器５０の側面上の第１反射点３０で反射した光線は破線で示すように、同じ導光部５９のレンズ集光器５０の側面上に第２反射点３１を有することになる。そしてこの光線は、第２反射点３１から入射側面５側へ戻ってしまう。従ってこの場合、許容受光角度は従来のレンズ集光器１１０と同じとなる。
【００５５】
そこで、入射側面における入射面が光軸から遠い入射光でも、第２反射点が、第１反射点と同じ導光部のレンズ集光器の側面上に来ないように、光軸を含む反射面７，１９を複数個設けたのが実施の形態２である。
【００５６】
光軸を含む反射面の数は多いほど良いが、図２のように２個にしてレンズ集光器５０の導光部５９を４個にすれば、光軸を含む反射面が１個の構成では受光できない入射光でも、図２（ｂ）に示すように第２反射点３２が光軸を含む反射面１９上になるので、受光素子４に結合できる。なお、光軸を含む反射面７，１９の配置は光軸３に対して対称であることが望ましい。
【００５７】
このように、光軸を含む反射面を複数個にすることで入射側面における入射面が光軸から遠い入射光に対しても、上記実施の形態１の構成より広角での受光が可能となる。
【００５８】
尚、本実施の形態のレンズ集光器５０の作製方法は、従来のレンズ集光器１１０を光軸３を含む面に沿って４分割した形状と同形状のものを用意しさえすれば、その後の工程は、上記実施の形態１で説明した場合と基本的には同じである。
（実施の形態３）
図３は、本発明に係る別の実施の形態の受光デバイスであって、光軸を中心に対向する平行な反射面で構成される有限反射面２１を介して４個の導光部６９が接するレンズ集光器６０を具備する受光デバイスの構成概要図である。尚、図３（ａ）は、受光デバイスの光軸３を含むＡ−Ａ’断面（図３（ｂ）参照）を模式的に表した図であり、図３（ｂ）は、受光デバイスの光軸に垂直な断面において光線軌跡を模式的に示した図である。同図を用いて、本実施の形態の構成について上記実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５９】
本願の実施の形態の受光デバイスは、図３に示すように、上記実施の形態２で説明した反射面７，１９の内部に導波路構造の導光部分を有する構成と等価であり、上記の反射面７，１９を、対向する反射面で構成された有限反射面２１と有限反射面内の導光部分２２とに置き換えた構成である。
【００６０】
本実施の形態のレンズ集光器６０の作製方法は、有限反射面内の導光部分２２の部分を除き上述した実施の形態２の場合と基本的には同じである。
【００６１】
有限反射面内の導光部分２２は、上述した作製方法で用いた接着層の厚みを厚めに制御して作製してもよいし、ガラス材料又は樹脂材料等を用いて金型で成形したものを４分割されたレンズ集光器の間に挟み込む様にして作製しても良い。成形材料は、導光部６９と同一でも良いし異なっていても良い。あるいは、単に空気層を設けるだけでも良い。
【００６２】
このように、上記実施の形態と同じ許容受光角を有するレンズ集光器６０の導光部６９の他に、式２においてθ１＝θ２＝０を代入した場合と等価な関係となる、光軸を含む有限反射面内の導光部分２２が構成されている。この導光部分２２は、上記実施の形態の構成には存在しないため、光軸近傍の有限反射面内の導光部分２２に入射する光は、上記実施の形態よりもより広い受光角を有することになる。
【００６３】
この有限反射面内の導光部分２２の断面が大きくなるほど、上記実施の形態の許容受光角よりも受光角の大きな部分の割合が増えるので、レンズ集光器６０全体の許容受光角が大きくなる。尚、図３（ｂ）に光線軌跡を示す。ここで、図３（ｂ）の破線部分は、光線が反射を繰り返すことを表現したものであり、反射を繰り返して最終的には受光素子４に到達する。
（実施の形態４）
図４は、本発明に係る別の実施の形態の受光デバイスであって、光軸を中心に対向する湾曲した反射面で構成される有限反射面１２１を介して４個の導光部７９が接するレンズ集光器７０を具備する受光デバイスの構成概要図である。同図を用いて、本実施の形態の構成について上記実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００６４】
本願の実施の形態４は、上記実施の形態３の有限反射面内の導光部分２２の光軸３に垂直な断面の面積を受光素子４に向かうに従って小さくした例である（図４（ｂ）、（ｃ）参照）。
【００６５】
ここで、図４（ａ）は、受光デバイスの光軸３を含むＡ−Ａ’断面（図３（ｂ）参照）を模式的に表した図であり、図４（ｂ）は、受光デバイスの光軸に垂直な断面において光線軌跡を模式的に示した図である。図４（ｃ）は、有限反射面内の導光部分１２２の断面の変化を説明するために、図４（ｂ）によりも受光素子４に近い位置における光軸３に垂直な断面を示した模式図である。
【００６６】
本実施の形態の場合、有限反射面内の導光部分１２２の許容受光角は実施の形態３に比べて小さくなるが、レンズ集光器７０を構成する導光部７９は式２において、第２傾斜角θ２が負の値となるので、第２傾斜角θ２＝０となる実施の形態１〜実施の形態３よりも許容受光角が大きい。その理由を以下に説明する。
【００６７】
ここで、図４において導光部７９ではθ１＞０、θ２＜０となるが、有限反射面内の導光部分１２２は対向する面の曲率が異符号となるためθ１＞０、θ２＞０となる。なぜなら、図５でラッパ状に広がっている場合をθ１＞０、θ２＞０で同符号と定義しているからである。
【００６８】
即ち、実施の形態４の有限反射面の導光部分１２２の場合は、θ１＞０、θ２＞０となるので、図３で述べた導光部分２２の最大屈折角、図４で述べた導光部分１２２の最大屈折角をそれぞれα１max（22）、α１max（122）と表すとすると、式２より、次の式が導ける。
【００６９】
【数７】
【００７０】
よって、式５からα１max（１22）＜α１max（22）の関係が成り立つので、本実施の形態の導光部分１２２の許容受光角の方が、実施の形態３の導光部分２２の許容受光角に比べて小さくなることが分かる。
【００７１】
したがって、本実施の形態の有限反射面内の導光部分１２２の断面形状が小さい場合には導光部分１２２の影響は小さくなり、導光部７９の全体に占める割合が、実施の形態３の場合より大きくなり得るため、実施の形態３よりも効果的に許容受光角を広げることができる。
【００７２】
このように、受光素子方向に断面が小さくなるレンズ集光器の側面だけでなく、光軸を含む面上にも反射面を形成することで、レンズ集光器の側面の反射面への入射角をより大きくできるので、より広角での受光が可能となる。
【００７３】
以上説明した様に本発明は、例えば、光源から自由空間で隔てられた受光素子と、受光素子の入力端の近傍に配置し、反射機能を有する側面の対向する間隔が受光素子方向に向かって小さくなり、内部に入射側面と出射側面を分割する少なくとも一つの反射面を具備するレンズ集光器で構成される。
【００７４】
このように、レンズ集光器の側面だけでなく、レンズ集光器の内部にも入射側面と出射側面を分割する反射面を形成することにより、レンズ集光器への入射角をより大きくできるので、より広角での受光が可能となり、より広い受光角範囲で高速光空間伝送を可能とする光学系を提供できるという効果を有する。
【００７５】
尚、上記実施の形態では、レンズ集光器の内部に、入射側面から出射側面に亘る全範囲において側面の反射面と実質上対面する反射面（例えば、図１の光軸を含む反射面７）が設けられている場合について説明したが、これに限らず例えば、入射側面の近傍及び／又は出射側面の近傍を除く範囲において本発明の反射面が設けられていてもかまわない。要するに、レンズ集光器への入射角をより大きくできる構成であれば、集光器の内部に、入射側面から出射側面に亘る一部の範囲において反射機能を有する側面と実質上対面する反射面が設けられている構成であってもよい。
【００７６】
又、上記実施の形態では、出射側面と受光素子とが接触している場合について説明したが、これに限らず例えば、双方の間に空間が存在しても良い。
【００７７】
又、上記実施の形態では、レンズ集光器の入射側面が曲面であって出射側面が平面である場合について説明したが、これに限らず例えば、出射側面が曲面であってもよい。
【００７８】
又、上記実施の形態では、導光部あるいは有限反射面内の導光部分の材料としてガラスや樹脂などを用いる場合を中心に説明したが、これに限らず例えば、前記集光器内に、光ファイバーアンプ（増幅器）のようにエリビュウム（Ｅｒ）やＹｂ（イットリビウム）などを添加したり、ラマン増幅効果を利用して外部から励起光に伴う誘導放出を起こすことで受光素子への入射光を増幅してもよい。
【００７９】
又、レンズ集光器の内部に、入射側面から出射側面に亘る全部又は一部の範囲において側面の反射面と実質上対面する反射面が設けられている構成例について、上記実施の形態で述べた例（例えば、図１の光軸を含む反射面７）の他に、例えば、断面がリング形状で対面するレンズ集光器の側面との間隔が、受光素子に向かって小さくなる構成も考えられる。即ち、具体的には、レンズ集光器の側面と同心円状の反射面（図示せず）等が挙げられるが、入射側面における入射光と、レンズ集光器内に入った透過光を含む面が光軸から離れている入射光は、第１反射点と第２反射点の両方がレンズ集光器の側面上となる割合が上記実施の形態のように断面がリング形状とならない場合よりも大きいので、受光角の拡大の効果はあまり大きくない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の受光デバイスは、より広い角度範囲で軸ズレ入射光を受光できるという効果を有し、光空間伝送等に使用される受光デバイス等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】（ａ）実施の形態１の受光デバイスの縦方向の断面を模式的に表した図，（ｂ）同実施の形態の受光デバイスの光軸に垂直な断面から見た光線軌跡を説明するための模式図
【図２】（ａ）実施の形態２の受光デバイスの縦方向の断面を模式的に表した図，（ｂ）同実施の形態の受光デバイスの光軸に垂直な断面から見た光線軌跡を説明するための模式図
【図３】（ａ）実施の形態３の受光デバイスの光軸を含むＡ−Ａ’断面を模式的に表した図，（ｂ）同実施の形態の受光デバイスの光軸に垂直な断面において光線軌跡を模式的に示した図
【図４】（ａ）実施の形態４の受光デバイスの光軸を含むＡ−Ａ’断面を模式的に表した図，（ｂ）同実施の形態の受光デバイスの光軸に垂直な断面において光線軌跡を模式的に示した図，（ｃ）同実施の形態の有限反射面内の導光部分の断面の変化を説明するための図
【図５】従来の受光デバイスでの対向する反射面での多重反射による光線軌跡の説明図
【符号の説明】
【００８２】
１ 光源
２ 自由空間
３ 光軸
４ 受光素子
５ 入射側面
６ 出射側面
７ 光軸を含む反射面
８ 側面の反射面
９、５９，６９，７９ 導光部
１０ レンズ集光器
１１ 軸ズレ（平行）入射光
１２ 入射角
１３ 光線軌跡
１４ 従来の光線軌跡
１５ 第１反射面
１６ 第２反射面
１７ 第１反射点
１８ 第２反射点
１９ 光軸を含む第２反射面
２０ 光軸を含む第２反射面が無い場合の光線軌跡
２１、１２１ 有限反射面
２２、１２２ 有限反射面内の導光部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの出射光を集光して出射する集光器と、前記集光器からの出射光を受光する受光素子とを備えた受光デバイスであって、
前記集光器は、両端に入射側面と出射側面とを有し、前記入射側面から入射した光を反射させる反射機能を有する側面の内部が前記入射側面から前記出射側面に向かうに従って実質上せまくなっており、前記集光器の内部には、前記入射側面から前記出射側面に亘る全部又は一部の範囲において前記側面と実質上対面する反射面が設けられている受光デバイス。
【請求項２】
前記反射面が前記集光器の光軸を含む請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項３】
前記反射面が複数であって、前記反射面同士の交線が存在する請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項４】
前記複数の反射面の前記交線が、前記集光器の光軸に平行である請求項３に記載の受光デバイス。
【請求項５】
前記反射面が複数であって、前記反射面同士の交線が存在しない請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項６】
前記集光器の光軸に対する前記反射面の傾斜の程度が、前記入射側面から前記出射側面に向かうに従って小さくなる請求項５に記載の受光デバイス。
【請求項７】
前記反射面が金属面で形成されている請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項８】
前記反射面がブラグ反射を起こす周期構造で形成されている請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項９】
前記反射面が、前記集光器と異なる屈折率を有する材料との全反射を起こす界面で形成
されている請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項１０】
前記集光器の前記入射側面と前記出射側面との少なくとも一方が曲面である請求項１〜９の何れかに記載の受光デバイス。
【請求項１１】
前記集光器の前記入射側面に、又は前記出射側面と前記受光素子との間に、特定の波長のみを透過するフィルターを備えた請求項１〜１０の何れかに記載の受光デバイス。
【請求項１】
光源からの出射光を集光して出射する集光器と、前記集光器からの出射光を受光する受光素子とを備えた受光デバイスであって、
前記集光器は、両端に入射側面と出射側面とを有し、前記入射側面から入射した光を反射させる反射機能を有する側面の内部が前記入射側面から前記出射側面に向かうに従って実質上せまくなっており、前記集光器の内部には、前記入射側面から前記出射側面に亘る全部又は一部の範囲において前記側面と実質上対面する反射面が設けられている受光デバイス。
【請求項２】
前記反射面が前記集光器の光軸を含む請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項３】
前記反射面が複数であって、前記反射面同士の交線が存在する請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項４】
前記複数の反射面の前記交線が、前記集光器の光軸に平行である請求項３に記載の受光デバイス。
【請求項５】
前記反射面が複数であって、前記反射面同士の交線が存在しない請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項６】
前記集光器の光軸に対する前記反射面の傾斜の程度が、前記入射側面から前記出射側面に向かうに従って小さくなる請求項５に記載の受光デバイス。
【請求項７】
前記反射面が金属面で形成されている請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項８】
前記反射面がブラグ反射を起こす周期構造で形成されている請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項９】
前記反射面が、前記集光器と異なる屈折率を有する材料との全反射を起こす界面で形成
されている請求項１に記載の受光デバイス。
【請求項１０】
前記集光器の前記入射側面と前記出射側面との少なくとも一方が曲面である請求項１〜９の何れかに記載の受光デバイス。
【請求項１１】
前記集光器の前記入射側面に、又は前記出射側面と前記受光素子との間に、特定の波長のみを透過するフィルターを備えた請求項１〜１０の何れかに記載の受光デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１５０９０２（Ｐ２００７−１５０９０２Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３４４５６９（Ｐ２００５−３４４５６９）
【出願日】平成１７年１１月２９日（２００５．１１．２９）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２９日（２００５．１１．２９）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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