JP2006267585A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】調芯の手間を極力削減できて各光学素子の位置決めを簡易に行い得る構造の光モジュールを提供すること。
【解決手段】この光モジュールは、並置された光ファイバ１ａ，１ｂを持つ第１の光ファイバキャリヤ１，レンズ２を持つ偏心リング３，光学フィルタ板４，レンズ６を持つ偏心リング５，及び光ファイバ７ａを持つ第２の光ファイバキャリヤ７を略一軸方向に配置して成る。要部の偏心リング３は円筒状の外形を持って内部にその外形の軸から光軸を偏心させてレンズ２を固定保持し、且つ光学フィルタ板４に向かって支持用部材の溝に沿って外形の軸周りの回転方位に調整可能に設置され、光伝送キャリア１は偏心リング３に対向して光軸に垂直な一方向に調整可能に設置され、光ファイバ１ａ，１ｂ及びレンズ２は光軸に垂直な面内方向で偏心リング３の回転方位の調整と光伝送キャリア１の一方向の調整とにより位置合わせされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信その他の分野で用いられる、光ファイバからの光を光フィルタその他の光機能素子に入射させその透過光と反射光とを再び光ファイバに結合する光モジュールに関し、詳しくは入出射を担う光ファイバに伝送される光に対する各光学素子の光軸合わせを簡易に行い得る構造の光モジュールに関する。

従来、この種の光モジュールとしては、例えば２つのレンズ及びそれぞれ光ファイバを固定された２つのキャピラリをそれらの外径よりも大きなスリーブ内において、それらの光軸を平行になるよう方向を維持しながらそれぞれＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向について調芯して順に固定する構造のもの（特許文献１参照）が挙げられる。

特開２００３−１２１６８９号公報

上述した特許文献１に係る光モジュールの場合、各光学素子における調芯の自由度はＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向において３つずつ存在し、具体的には２つのレンズの相対的な調芯と２つのキャピラリのそれぞれの調芯とで総計９つの自由度の調整を必要としているために調芯の手間がかかり、各光学素子の位置決めを簡易に行うことができない構造となっている。また、光ファイバやレンズ類の外径のゆらぎや形状精度、その他使用する諸部材の加工精度の限界から、光学的な設計どおりにすべての部品を無調整にパッシブで位置決めしてモジュールを製作することも、実際に不可能である。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、上述の調整の自由度を従来よりも減らして各光学素子の位置決めを簡易に行い得るとともに、さらにその調芯工程においても部品に加えられる押圧力が光学系の機械的精度に最も影響の小さい安全な作用をする調芯方法を実現する、新しい構造の光モジュールを提供することにある。

本発明によれば、第１の光ファイバから出射し第１のレンズを透過した光が光機能素子に入射され、光機能素子で反射した光は再び第１のレンズを透過して第１の光ファイバと平行に並置された第２の光ファイバに入射し、光機能素子を透過した光は第２のレンズを透過して第３の光ファイバに入射する光学系をなし、少なくともその並置される第１及び第２の光ファイバと第１のレンズとは互いに平行な光軸を有する光モジュールにおいて、前記第１のレンズは、円柱状の外形をなしその外形の軸に平行であってその外形の軸から所定量偏心した光軸を有する集光手段である第１の偏心レンズ手段として構成され、その第１の偏心レンズ手段は、第１の偏心レンズ手段を搭載してそれをその外形の軸周りに回転調整することのできる溝であって第１の偏心レンズ手段と前記光機能素子とを搭載する支持部材の上面において光機能素子に向かって形成される第１の溝に設置固定され、前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとは、それらを互いに平行に保持する２芯の光ファイバキャリヤであって前記第１の偏心レンズ手段と互いの光軸方向を平行にして対向し少なくともその光軸方向に垂直な１方向について並進調整することのできる第１の光ファイバキャリヤに保持されて設置固定され、前記第１の光ファイバ、第２の光ファイバ、及び第１のレンズは、それらの光軸方向に垂直な面内方向において、前記第１の偏心レンズ手段の前記外形の軸周りの回転調整と前記第１の光ファイバキャリヤの前記１方向についての並進調整とによって相対的に位置合わせされていることを特徴とする光モジュールが得られる。

前記第１の偏心レンズ手段は、円柱状の外形とその軸方向の貫通孔とを有する筒状部材に、前記第１のレンズを、そのレンズの光軸を筒状部材の外形の軸と平行にかつ所定量偏心させて固定してなるものでもよい。

前記筒状部材の前記貫通孔は筒状部材の外形に対して所定量偏心しており、前記第１のレンズはその偏心した貫通孔に嵌挿して固定されていてもよい。

前記第１のレンズは屈折率プロファイルの中心が所定量偏心した円柱状のGRINレンズであり、前記第１の偏心レンズ手段はその第１のレンズ自体で構成されてもよい。

前記並置される第１及び第２の光ファイバと、前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、前記第３の光ファイバとはすべて互いに平行な光軸を有し、前記第２のレンズは、円柱状の外形をなしその外形の軸に平行であってその外形の軸から所定量偏心した光軸を有する集光手段である第２の偏心レンズ手段として構成され、その第２の偏心レンズ手段は、第２の偏心レンズ手段を搭載してそれをその軸方向に並進調整及びその外形の軸周りに回転調整することのできる溝であって前記支持部材の上面において前記第１の溝と前記光機能素子を挟んで反対側に前記第１の溝と平行に形成される第２の溝に設置固定され、前記第３の光ファイバは、前記第２の偏心レンズ手段と互いの光軸方向を平行にして対向しその光軸方向及び光軸方向に垂直な面内方向において並進調整することのできる第２の光ファイバキャリヤに保持されて設置固定され、前記第２のレンズ及び前記第３の光ファイバは、前記第２の偏心レンズ手段の前記軸方向の並進調整及び外形の軸周りの回転調整と、前記第２の光ファイバキャリヤの前記光軸方向及び光軸方向に垂直な面内方向の並進調整とによって、前記光機能素子を透過した光に対し位置合わせされていてもよい。

前記第２の偏心レンズ手段は、円柱状の外形とその軸方向の貫通孔とを有する筒状部材に、前記第２のレンズを、そのレンズの光軸を筒状部材の外形の軸と平行にかつ所定量偏心させて固定してなるものでもよい。

前記筒状部材の前記貫通孔は筒状部材の外形に対して所定量偏心しており、前記第２のレンズはその偏心した貫通孔に嵌挿して固定されていてもよい。

前記第２のレンズは屈折率プロファイルの中心が所定量偏心した円柱状のGRINレンズであり、前記第２の偏心レンズ手段はその第２のレンズ自体で構成されてもよい。

前記光機能素子は透明板の表面に誘電体多層膜を形成してなる光学フィルタ板であり、前記第２の偏心レンズ手段を設置固定される前記第２の溝は、前記第１の偏心レンズ手段を設置固定される前記第１の溝に対し、その前記第１の溝に関し前記第１の光ファイバの光軸と反対側に所定距離のオフセットを有して形成されてもよい。

前記第２の光ファイバキャリヤは、その前記第２の光ファイバキャリヤの光軸方向に垂直な面内方向において、前記第１の光ファイバキャリヤに固定される第１の光ファイバと第２の光ファイバの２つの光軸を含む直線の方向と平行な１方向のみについて調整可能とされていてもよい。

本発明の光モジュールの場合、特許文献１に係るものとの対比において、同様の機能を有する光モジュールであっても、二つのレンズと一つの光機能素子とをパッシブに予め位置決めないし案内する溝を導入し、二つのレンズの調整の自由度は合わせて従来と同じ３つでありながら、入射・反射側に係る２芯の第１の光ファイバキャリヤ（キャピラリに相当）の調芯の自由度を従来の３つから唯１つに減らしていること、透過側に係る第２の光ファイバキャリヤの調芯の自由度も部材の設計精度によってはこれを従来の３つから２つに減らすことも可能としていること、上記の新規な調芯手段により機械的案内を受けて行う調芯操作において、部品に印加される押圧力が光学系の機械的精度に最も影響の小さい安全な作用をする調芯方法を具現していること等の諸点で格別に改善された技術的相違がある。

図１は、本発明の実施の形態に係る光モジュールの基本構成を示した外観斜視図である。

この光モジュールは、互いに平行に並設配置された第１の光ファイバ１ａ及び第２の光ファイバ１ｂを備えた第１の光ファイバキャリヤ（２芯キャリア）１，第１のレンズ２を備えた第１の偏心レンズ手段としての第１の偏心リング３，透明板の表面に誘電体多層膜を形成して成る光機能素子としての光学フィルタ板４，第２のレンズ６を備えた第２の偏心レンズ手段としての第２の偏心リング５，及び第３の光ファイバ７ａを備えた第２の光ファイバキャリヤ（１芯キャリア）７をこの順で略一軸方向に沿うように配置して成ると共に、第１の光ファイバ１ａに伝送されて第１のレンズ２を透過した透過光を光波長フィルタである光学フィルタ板４に入射させ、光学フィルタ板４で反射された反射光を再度第１のレンズ２を透過させて第２の光ファイバ１ｂに入射させ、光学フィルタ板４を透過した透過光を第２のレンズ６を透過させて第３の光ファイバ７ａに入射させる光学系を成し、且つ少なくとも第１の光ファイバ１ａ及び第２の光ファイバ１ｂと第１のレンズ２とが互いに平行な光軸を有する基本構造を持ち、光波長分波合波モジュールとして機能する。

但し、ここでの第１の偏心リング３は、円筒状の外形を持って内部にその外形の軸から光軸を所定量偏心させて第１のレンズ２を固定するように保持するもので、第１の偏心リング３が所定量偏心した貫通孔を有していてその貫通孔にレンズ２が隙間無く嵌挿されるように作製すると好適である。第１の偏心リング３は光学フィルタ板４に向かって支持部材８に設けられた第１の溝に沿って外形の軸周りの回転方位について調整可能に設置されている。第１の光ファイバキャリヤ１における第１の光ファイバ１ａ及び第２の光ファイバ１ｂは、互いに平行に固定されるように保持され、第１の光ファイバキャリヤ１は、第１の偏心リング３に対向して光軸に垂直な一方向について調整可能に設置されている。第１の光ファイバ１ａ，第２の光ファイバ１ｂ，及び第１のレンズ２は、それらの光軸に垂直な面内方向において、第１の偏心リング３の回転方位の調整と第１の光ファイバキャリヤ１の一方向の調整とにより相対的に位置合わせされている。

又、第１の光ファイバ１ａ及び第２の光ファイバ１ｂ，第１のレンズ２，第２のレンズ６，並びに第３の光ファイバ７ａは、何れも互いに平行な光軸を有している。第２の偏心リング５は、円筒状の外形を持って内部にその外形の軸から光軸を所定量偏心させて第２のレンズ６を固定するように保持するもので、第２の偏心リング５は支持部材８にあっての光学フィルタ板４を挟んで第１の溝と反対側に第１の溝と平行に設けられた第２の溝に沿って溝方向の位置及び外形の軸周りの回転方位について調整可能に設置されている。第２の光ファイバキャリヤ７は、第３の光ファイバ７ａを固定保持し、第２の偏心リング５に対向して光軸方向及び光軸に垂直な面内方向について調整可能に設置されている。第２のレンズ６及び第３の光ファイバ７ａは、第２の偏心リング５の溝方向の位置及び回転方位の調整と第２の光ファイバキャリヤ７の光軸方向及び面内方向の調整とにより光学フィルタ板４を透過した透過光に対して位置合わせされている。

このうち、光学フィルタ板４は透明板の表面に誘電体多層膜を形成して成るもので、第２の偏心リング５が設置される支持部材８における第２の溝は、第１の偏心リング３が設置される第１の溝に対し、第１の光ファイバ１ａの反対側に所定の距離のオフセットを有するように設けられている。第２の光ファイバキャリヤ７は、光軸に垂直な面内方向で第１の光ファイバキャリヤ１に固定される第１の光ファイバ１ａ及び第２の光ファイバ１ｂの並置方向と平行な一方向のみについて位置調整可能とされている。

図２は、この光モジュールの要部となる各光学素子における基本動作（光の伝播の様子）及び調芯作業を説明するために示したもので、同図（ａ）は上面方向からの平面図に関するもの，同図（ｂ）は側面図に関するものである。

図２（ａ）では、第１の光ファイバ１ａに伝送される波長（λ１＋λ２）の光について、第１のレンズ２，光学フィルタ板４，第２のレンズ６を通って第３の光ファイバ７ａへ伝送される波長λ２の光と、光学フィルタ板４で反射されて第２の光ファイバ１ｂに伝送される波長λ１の光とを示す他、第１の光ファイバキャリヤ１，第１のレンズ２，第２のレンズ６，及び第２の光ファイバキャリヤ７において位置調整される方向を矢印で示すと共に、第１のレンズ２の光軸Ｅ１，第３の光ファイバ７ａの光軸Ｅ３を示しており、図２（ｂ）では、調芯が済んで各光学素子の光軸が第１のレンズ２の光軸Ｅ１とＸ−Ｚ平面上で平行となっている状態を示すが、調芯の技術的細部の説明は後述する。

ところで、第１の光ファイバ１ａ及び第２の光ファイバ１ｂや第３の光ファイバ７ａには、例えば径１２５μｍのシングルモード光ファイバを用い、第１のレンズ２や第２のレンズ６には、例えば屈折率分布型のロッドレンズであるＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ）レンズの例えば外径１８００μｍのものを用いる。但しこれら市販周用の光ファイバやロッドレンズには、それぞれクラッド径±１μｍ、レンズ外径±５μｍ程度の固有の外径の揺らぎがあり、無調整のパッシブな位置決めで理想的な光結合を得ることを困難にしている。これら第１のレンズ２，第２のレンズ６を円筒状の外形を有し、且つ外形に対して偏心したレンズ外径より僅かに大きな内径の円筒状の孔を有する第１の偏心リング３，第２の偏心リング５に嵌挿・固定する構造を持つが、第１のレンズ２，第２のレンズ６は必ずしも柱状のものに限定されない。特に第２のレンズ６については、収差の影響の小さい形態で光を透過させるので、例えば安価なポールレンズを用い、同様に第１の偏心リング３，第２の偏心リング５に固定した構造としても良い。

図３は、この光モジュールの要部となる各光学素子の一部変形したものにおける光伝播の様子を説明するために示した側面図であり、同図（ａ）は各光学素子の変形の一例に関するもの，同図（ｂ）は各光学素子の変形の他例に関するものである。又、図４は、この光モジュールの要部となる各光学素子の一部変形したものにおける光伝播の様子を説明するために示した上面方向からの平面図であり、同図（ａ）は各光学素子の変形の一例に関するもの，同図（ｂ）は各光学素子の変形の他例に関するものである。但し、図３（ａ）では、第１の光ファイバキャリヤ１，第２の光ファイバキャリヤ７のそれぞれ出射側，入射側を斜めに研磨された端面を有するものとした場合の各光学素子を透過する透過光の伝播状態を示しており、図３（ｂ）では同様な条件下で第２のレンズ６に代えてポールレンズ６′を用いた場合の各光学素子を透過する透過光の伝播状態を示している。更に、図４（ａ），（ｂ）では、第１のレンズ２の光軸Ｅ１が第１の光ファイバキャリヤ１の光ファイバ１ａ，１ｂの中心を通り、第２のレンズ６の光軸Ｅ２と第２の光ファイバキャリヤ７の光ファイバ７ａの光軸Ｅ３とが第１のレンズ２の光軸Ｅ１に対してＸ−Ｚ平面上で互いに平行になっている様子を示している。因みに、図４（ｂ）においても図４（ａ）に示す同様な条件下で第２のレンズ６に代えてポールレンズ６′を用いた場合の各光学素子を透過した透過光の伝播状態を示している。

図４（ａ），（ｂ）の光伝播の場合、第１の光ファイバ１ａから出射した光はＸ−Ｚ平面内及びＹ−Ｚ平面内でビームの拡がりを形成するが、第１のレンズ２で集光されて平行光となると共に、その伝播方向は第１のレンズ２の光軸Ｅ１側に引き寄せられて図示のＸ軸の正方向に偏向された上で第１のレンズ２から出射される。

第１のレンズ２を出射した平行光は光学フィルタ板４で反射光と透過光とに分割され、反射光の方は第１のレンズ２に再度入射し、Ｙ−Ｚ平面に関して対称な光路を描いて第２の光ファイバ１ｂに入射するが、透過光の方は第２のレンズ６に入射し、第２の光ファイバキャリヤ７の第３の光ファイバ７ａの端部に焦点を結ぶべく集光され、第３の光ファイバ７ａに結合する。

図３（ａ），（ｂ）は、このような光学系をＸ軸方向から見た場合の側面図に該当するもので、図示の例では光ファイバ１ａ，１ｂの端面は反射戻り光を防ぐために斜め研磨されており、各端面の傾斜の方位は図示のようにＹ軸方向に揃えるようにすれば好適である。図３（ａ），（ｂ）ではキャリア毎に研磨した構造を示しているが、キャリアが位置調整に際して上述した案内を受け、図１に示すような対向する部材に当接するために図示しない垂直な面を別に具備してさせたり、或いは端面処理された光ファイバ１ａ，１ｂを図１に示すような第１の光ファイバキャリヤ１に整合して装着したり、或いは上述したＺ軸方向の当接案内を受けずに調整手段の動作においてＺ軸方向の座標値を固定するようにしても良い。

何れにしても、このような光学系の入射・反射側に係り、図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）に示したような第１の光ファイバ１ａの出射光を光学フィルタ板４で反射させて第２の光ファイバ１ｂに最適に結合するためには、図７に各光学素子における細部の位置調整として、第２の偏心リング５の回転方位及び溝方向の位置調整、並びに第２の光ファイバキャリヤ７の位置調整を説明するために示した同図（ａ）の第２の偏心リング５における方位調整の模式図，同図（ｂ）の第２のレンズ６における溝方向の位置調整の模式図を参照すれば、Ｘ−Ｙ平面内において各光ファイバ１ａ，１ｂのコア部１ａ′，１ｂ′の中心の光軸Ｐ，Ｒを結ぶ線分の中点に第１のレンズ２の光軸Ｅ１を示す点Ｑが位置することが条件である。この条件は、図３（ａ），（ｂ）に示したように光ファイバ１ａ，１ｂ，７ａの端面が斜めに研磨され、入出射光が光ファイバ１ａ，１ｂ，７ａの軸に対して偏向している場合でも、その斜め研磨が角度及び方位について光ファイバ１ａ，１ｂ，７ａで等しく揃っている場合には有効となる。

Ｘ−Ｙ平面内で光ファイバ１ａ，１ｂの中点に第１のレンズ２を整合する場合において、Ｘ軸方向の調整を第１の光ファイバキャリヤ１のＸ軸方向の変位により、Ｙ軸方向の調整を第１のレンズ２のＺ軸方向周りの偏心した回転によりそれぞれ賄うことが重要となっている。第１の光ファイバキャリヤ１で光ファイバ１ａ，１ｂがどのような方位に並置されていても、一般的にこのような手段を採用すれば、光ファイバ１ａ，１ｂと第１のレンズ２との相対的な関係を所望の位置に調整することが可能である。

又、第１の偏心リング３，第２の偏心リング５及び光学フィルタ板４を搭載している支持部材８はシリコン基板を異方性エッチングしたものか、或いはプラスチックのモールド成形で作製される。第１の光ファイバキャリヤ１や第２の光ファイバキャリヤ７、各偏心リング３，５等における各部材の光ファイバ１ａ，１ｂ，７ａやレンズ用の溝を除いた外形の切削・研磨等の加工精度の誤差は数μｍ程度であってもよい。溝の加工精度の誤差は、部材がシリコンで異方性エッチング溝を形成する場合であれば、０．２μｍ程度、プラスチックのモールド成形であれば１μｍ以下として作製可能である。第１の光ファイバキャリヤ１や第２の光ファイバキャリヤ７には、Ｖ溝を形成したシリコン又はプラスチックの基板上に光ファイバ１ａ，１ｂ，７ａを載置固定したものとして構成すれば良く、他の形態として光ファイバ１ａ，１ｂ，７ａを固定するフェルール等を用いても良い。但し、各キャリアについては、後述するこれらの並進方向の位置決め調整において移動方向が案内され、又回転自由度が不要な場合は外形が角型であることが好ましい。

第１の光ファイバキャリヤ１が入射・反射側の角型の２芯キャリアである場合、光ファイバ１ａ，１ｂの下方の当接用の端面において偏心リング３，５等を搭載する支持部材８の対向する面に当接され、Ｚ軸方向の位置に関して案内を受けて調整される。第１の光ファイバキャリヤ１は、更にこれと支持部材８とを上表面に搭載する図示しないベース基板におけるその上表面からＹ軸方向の案内も受けてＸ軸方向のみの調整がなされる。

図１に示した例ではＺ軸方向の面同士の当接による案内を利用しているが、光学系の機械精度の保全のために光軸方向の押圧を避け、支持部材８との間に間隙を設けて案内を廃し、上述したベース基板上で第２の光ファイバキャリヤ７を把持して移動させるマニピュレータの動作に関して、Ｚ軸方向の位置を固定してＸ軸方向にのみに駆動するようにしても良い。何れにおいても、第１の光ファイバキャリヤ１のＺ軸方向の座標値は、光ファイバ１ａ，１ｂの端部と第１のレンズ２との距離から光学的に予め設計された値をとることになる。第１の光ファイバキャリヤ１は、位置決めされた後に接着剤，半田，熔接等の手法によりベース基板又は支持部材８に固定される。

第２の光ファイバキャリヤ７は、一般には、上述したベース基板からの案内は受けず、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の３軸方向について調整される浮いた配置として構成され、位置決めされ後に接着剤，半田，熔接等によってベース基板又は支持部材８に固定されても良い。

しかしながら、図７（ａ），（ｂ）及び図８を参照して後述するように、Ｘ−Ｙ平面内において第３の光ファイバ７ａは、入射側の光ファイバ１ａ，反射側の光ファイバ１ｂの光軸と同一直線上に配置されることが理想である。従って、第２の光ファイバキャリヤ７の作製において、この直線方向と高さ（Ｙ軸方向の座標値）とを設計に従って予め必要とされる精度に確保できるならば、第２の光ファイバキャリヤ７のＹ軸方向の調整は省略することができる。第１の光ファイバキャリヤ１では、光ファイバ１ａ，１ｂをＹ軸方向の等しい高さに並置して保持することが望ましいが、光ファイバ１ａ，１ｂを傾斜させて並置させることも可能である。

図６は、この光モジュールの各光学素子における第１の光ファイバキャリヤ１の光ファイバ１ａ，１ｂを傾斜させて並置した場合の位置調整の様子を説明するために示した模式図であり、同図（ａ）は調整前状態に関するもの，同図（ｂ）は調整後状態に関するものである。又、図５は、この光モジュールの各光学素子における偏心リング３の動作を主とする位置調整の様子を上面方向から示した平面図である。

偏心リング３の偏心量は、Ｙ軸方向に係る調整の所望のレンジとして適宜設定すれば良く、例えば上述したような諸部品に対して偏心量２０〜３０μｍ程度を選ぶものとする。偏心リング３の好適な回転調整（調芯）は、支持部材８の溝上に載置された偏心リング３上に適度な摩擦係数を有する例えば磨りガラスから成る押え板を搭載し、その押え板をマニピュレータで把持し、下方に向けて適度の押圧を加えながら並進移動させることにより、その下の偏心リング３を支持部材８の溝上で回転させて行うようにすれば良い。尚、図５中では第１の偏心リング３の中心軸Ｇ１と第１のレンズ２との位置関係を示し、又後述する第２の偏心リング５の中心軸Ｇ２と第２のレンズ６との位置関係を示す。

この形態の調芯には、調芯操作中に偏心リング３に印加される押圧が下方のベース基板に向かう方向だけであるので、残余の光学系に作用する応力、特に光軸方向にかかる圧力が一切生成されずに済み、光学系の機械的保全に影響がないという固有の利点がある。

回転方位を決定した後に接着剤，半田，熔接等により偏心リング３を支持部材８の溝内に固定する。例えば固定の手法としてＵＶ硬化型接着剤を用いる場合には、先に接着剤を接着させるように塗布してから回転調整を行い、方位を決定した後にＵＶ照射して固定すれば良い。

この回転調整を実行する際には、第１の光ファイバ１ａから光学フィルタ板４で反射される光を入射し、第２の光ファイバ１ｂへの結合される反射光の光量をモニタしながら第１の光ファイバキャリヤ１のＸ軸方向の座標値と第１の偏心リング３の回転方位との２つの調整パラメータを交互に調整して結合光量が最大になるように追い込むようにする。実際にはこのパラメータの交替を２〜３度行えば、ほぼ最適の調整を行うことができる。又、第１の光ファイバ１ａから出射されて光学フィルタ板４を透過した透過光を入射する第２のレンズ６が装着される第２の偏心リング５についても、第３の光ファイバ７ａへの結合光量をモニタしながら結合光量が最大になるように追い込むようにして調芯を行う。

図６（ａ），（ｂ）を参照すれば、第１の光ファイバ１ａのコア部１ａ′の中心と第２の光ファイバ１ｂのコア部１ｂ′の中心とを結ぶ直線方向ＷがＸ−Ｚ平面に対して傾斜した状態で存在し、調整前状態ではコア部１ａ′の中心近傍を通る所定の方向（略Ｘ軸方向）に第１の光ファイバ１ａの光軸のＹ座標Ｅ１ａ−Ｙと第１の偏心リング３の外形の軸のＹ座標Ｅ_３−Ｙとが存在し、コア部１ｂ′の中心近傍を通る所定の方向（略Ｘ軸方向）に第２の光ファイバ１ｂの光軸のＹ座標Ｅ１ｂ−Ｙが存在し、コア部１ａ′，１ｂ′の中心を結ぶ線分の中間点を中心として第１の偏心リング３の回転方位の調整による第１のレンズ２の光軸Ｅ１の軌跡Ｄ１が存在し、光軸Ｅ１の軌跡Ｄ１の中心近傍を通る所定の方向（略Ｙ軸方向）に第１の偏心リング３の外形の軸のＸ座標Ｅ_３−Ｘが存在するが、調整後状態では第１の偏心リング３の回転方位の調整により光ファイバ１ａ，１ｂの光軸のＹ座標（距離値）の中央に第１のレンズ２の光軸Ｅ１のＹ座標Ｅ１−Ｙが位置されることを示している。

以上には、主として第１の光ファイバキャリヤ１と第１のレンズ２との相対関係の整合について説明したが、更に光学フィルタ板４を透過した透過光が入射される第２のレンズ６及び第２の光ファイバキャリヤ７についても位置整合することが必要となる。

そこで、上述した図７（ａ），（ｂ）を参照すれば、一般的に入射・反射側において光ファイバ１ａ，１ｂが傾斜を持って並置されている場合、先ず図７（ａ）に示されるように第１の光ファイバ１ａの光軸を示す点Ｐから出射した光が第２の光ファイバ１ｂの光軸を示す点Ｒに光学フィルタ板４で反射されて結合するように、その中点Ｑに第１のレンズ２の光軸Ｅ１が位置合わせされており、説明を簡単にするために光ファイバ１ａ，１ｂ，７ａ端面の斜め研磨による偏向が無いものとすると、光学フィルタ板４を透過した透過光は、Ｘ−Ｙ平面に直交し、この２点Ｐ，Ｒを結ぶ直線Ａ−Ａ′を含む平面上を進むことになる。そこで、この直線Ａ−Ａ′を含む平面に沿って伝播している透過光を光ファイバ７ａに入射させるため、第２のレンズ６が置かれるべき位置は、第２のレンズ６の光軸Ｅ２が直線Ａ−Ａ′を含む平面上に存在することが条件となる。

第２のレンズ６は第２の偏心リング５に固定されて回転し、その光軸Ｅ２はＸ−Ｙ平面内で図示の破線のような円軌跡Ｄ２を描くので、上述した条件を満たす光軸の位置としてこれが直線Ａ−Ａ′と交わる点は図７（ａ）中のＳ，Ｔの２点あり、現物の可動範囲に収まるのであれば、これらの何れの点を用いても良いことになるが、図示する場合には点Ｔに第２のレンズ６の光軸Ｅ２が整合されるものとなる。以上が第２の偏心リング６の回転方位に係る調整である。因みに、図７（ａ）中の点Ｕは、第３の光ファイバ７ａの光軸を示すものである。第２の偏心リング５の回転操作の方法及び利点は、上述した第１の偏心リング３の場合と同じである。

次に、図７（ｂ）を参照して第２の偏心リング５の設置されている溝方向に沿ったＺ軸方向の位置調整について説明する。

ここでは、光学フィルタ板４を透過した透過光（平行光）を第２のレンズ６の入射端面においてその光軸Ｅ２から径方向に適度な距離にある位置に入射させ、最終的に出射光を第３の光ファイバ７ａの端面に集光することを目的とする。例えば第２のレンズ６が第１のレンズ２と全く同じ仕様のレンズであれば、図７（ｂ）に示すように、光束の中心とレンズ６の光軸Ｅ２とのＸ軸方向の関係を第１のレンズ２における光軸Ｅ１との場合と等しい所定の距離Δ（第１のレンズ２の光軸Ｅ２からその出射側における光の強度中心Ｃ１までの距離と第２のレンズ６の光軸Ｅ２からその入射側における光の強度中心Ｃ２までの距離とが等しいことを示す）とすれば良い。尚、第１のレンズ２の出射側には光の強度中心Ｃ１が存在し、第２のレンズ６の入射側にも光の強度中心Ｃ２が存在する。透過光はＺ軸方向に対して傾きを持って伝播するので、第２のレンズ６を溝上でＺ軸方向に平行に移動させれば、第２のレンズ６に対してそのような位置に光入射が得られるＺ軸方向の座標値が存在する。溝上に載置された第２の偏心リング５の溝に沿ったＺ軸方向の移動による位置調整についてもマニピュレータで操作する。

図１の光モジュールの場合、レンズ２，６のＸ軸方向及びＹ軸方向の座標値は偏心リング３，５の回転方位の調整で変えられるため、その両者を独立して操作することはできず、且つレンズ２，６及び偏心リング３，５が上述した調整の補償すべき主要な対象として共に５μｍ程度ずつの誤差を有している。従って、仮にレンズ２，６を搭載する溝が一直線上にあっても、レンズ２，６及び偏心リング３，５がそれぞれ外径のゆらぎや加工形成誤差において共に隅々高精度に相等しい形状と寸法とを有して作製された場合を除き、調整後においてレンズ２，６が光学フィルタ板４を挟んで対称に位置され、レンズ２，６の光軸Ｅ１，Ｅ２が一致する状態は起こり得ない。即ち、図１の光モジュールでは、一般にレンズ２，６の軸ずれ分に応じて上記したようなＺ軸方向の調整がなされる構造となっている。

更に、２つのレンズ２，６の間に設置される光学フィルタ板４には一般に有意なＺ軸方向の厚みがあり、仮に素子の光機能部分が非常に薄い光学薄膜であっても、その作製及びハンドリングのために上記したように１ｍｍ程度の厚みのある板を具備させるのが普通である。そこで、これがＺ軸方向に占める空間を避ける必要により、第２のレンズ６は更に透過光の伝播方向［図７（ｂ）中では右方を示す］に後退した位置に置かざるを得ない。そこで、係る厚みのある光学フィルタ板４に対応できるように、第２のレンズ６を搭載する溝は第１のレンズ２の溝からＸ軸方向に適宜の距離（例えば数１００μｍ程度）予め積極的にずらして設けておくようにすれば良い。

このようにして決定された第２のレンズ６の位置に対し、その焦点の位置に第３の光ファイバ７ａの端面が位置されるように第２の光ファイバキャリヤ７の位置を調整して固定する。固定の方法は第１の光ファイバキャリヤ１の場合と同様である。第２のレンズ６及び第３の光ファイバ７ａの調整も、第１の光ファイバ１ａから光を入射させ、光学フィルタ板４を透過して第３の光ファイバ７ａに結合する光量をモニタして行う。ここで調整のパラメータが第２の偏心リング５の回転方位及びＺ軸方向の座標値、並びに第２の光ファイバキャリヤ７の３軸（Ｚ，Ｙ，Ｚ）方向の総計５つあるが、これらを同時に動かして結合光量の最大値を求めるのは現実的に困難を伴う。そこで、実際には結合光量の最大を求めず、定めた光量レベル以上の結合を得る位置を各調整パラメータ毎に選んで行くことで調整を達成する。事実、シングルモード光ファイバの場合、コア径１０μｍに対して各要素の誤差が数μｍ程度なので、適切な設計に従って作製された部品を配置すれば、直ちに光結合を得ることができ、各調整の持つトレランスにより光モジュール製品の使用に見合った結合を比較的容易に得ることができる。

しかしながら、例えばこうした調整の自由度を更に減じさせて位置決めをより容易に行うことも可能である。即ち、第１の光ファイバキャリヤ１，第２の光ファイバキャリヤ７をシリコン単結晶の結晶面に従う基板に異方性エッチングでＶ溝を形成したものから作製するようにし、且つ基板から第１の光ファイバキャリヤ１を切り出した溝についてその切断した直近の隣接部分から２本の溝のうち、入射側の溝について同じ光モジュールに組み込まれる第２の光ファイバキャリヤ７を作製すれば良い。このような作製に従えば、第１の光ファイバキャリヤ１の光ファイバ１ａ，１ｂ及び第２の光ファイバキャリヤ７の光ファイバ７ａの載置される溝の高さ（Ｙ軸方向の座標値）が極めて正確に等しくなる。

図８は、第１の光ファイバキャリヤ１の光ファイバ１ａ，１ｂの光軸のＹ座標が等しい場合の第２の光ファイバキャリヤ７の１芯フェルール及び第２の偏心リング５の調整による第２のレンズ６及び第３の光ファイバ７ａの位置合わせを示した模式図である。

ここでは、第２の光ファイバキャリヤ７を上記した通りにベース基板から案内を受けてＸ軸方向の移動により調整する様子を示しており、第１のレンズ２の光軸Ｅ１と第２のレンズ６の光軸Ｅ２とがＸ−Ｚ平面上で互いに所定の距離を持った平行な関係となることを示している。

以上述べた実施例においては、第１の偏心レンズ手段及び第２の偏心レンズ手段として、それぞれ偏心した貫通孔を有する第１及び第２の偏心リングにレンズを嵌挿・固定する形態を説明したが、このような偏心リングの替わりに、円筒形の外形に対して偏心のない十分な大きさの内径の貫通孔を有するリング部材を用い、その貫通孔内部の所定量偏心した位置にレンズを配して樹脂で間隙を充填し固定してもよい。また偏心リング等のリング部材を用いず、屈折率プロファイルの中心が所定量偏心したＧＲＩＮレンズを裸で用いる方法も可能である。

ところで、図１の光モジュールにおける各光学素子の前段部分、即ち、互いに平行に並設配置された第１の光ファイバ１ａ及び第２の光ファイバ１ｂを備えた第１の光ファイバキャリヤ１，第１のレンズ２を備えた第１の偏心レンズ手段，及び光機能素子をこの順で略一軸方向に沿うように配置し、第１の光ファイバ１ａに伝送されて第１のレンズ２を透過した透過光を光機能素子に入射させる光学系を成し、且つ少なくとも第１の光ファイバ１ａ及び第２の光ファイバ１ｂと第１のレンズ２とが互いに平行な光軸を有する光モジュールを構成しても有効であり、例えば光機能素子として上述の光波長フィルタの替わりに使用光波長で波長選択性のない光量５％透過ビームスプリッタを設置し、９５％の反射光量を第２の光ファイバに結合させながら５％透過光を背後に設置した受光器で検出して通信回線の光伝送状態を監視する光モニタデバイス（ＴＡＰ−ＰＤモジュール）等として利用することができる。

本発明の実施の形態に係る光モジュールの基本構成を示した外観斜視図である。 図１に示す光モジュールの要部となる各光学素子における基本動作（光の伝播の様子）及び調芯作業を説明するために示したもので、（ａ）は上面方向からの平面図に関するもの，（ｂ）は側面図に関するものである。 図１に示す光モジュールの要部となる各光学素子を一部変形したものにおける光伝播の様子を説明するために示した側面図であり、（ａ）は各光学素子の変形の一例に関するもの，（ｂ）は各光学素子の変形の他例に関するものである。 図１に示す光モジュールの要部となる各光学素子を一部変形したものにおける光伝播の様子を説明するために示した上面方向からの平面図であり、（ａ）は各光学素子の変形の一例に関するもの，（ｂ）は各光学素子の変形の他例に関するものである。 図１に示す光モジュールの各光学素子における偏心リングの動作を主とする位置調整の様子を上面方向から示した平面図である。 図１に示す光モジュールの各光学素子における第１の光ファイバキャリヤの光ファイバを傾斜させて並置させた場合の第１の偏心リングの調整による第１のレンズの位置調整の様子を説明するために示した模式図であり、（ａ）は調整前状態に関するもの，（ｂ）は調整後状態に関するものである。 図１に示す光モジュールの各光学素子における細部の位置調整として第２の偏心リングの回転方位及び溝方向の位置調整、並びに第２の光ファイバキャリヤの位置調整を説明するために示した模式図であり、（ａ）は第２の偏心リングにおける方位調整による第２のレンズに関するもの，（ｂ）の第２のレンズにおけるＸ軸方向の位置調整に関するものである。 図１に示す光モジュールの各光学素子における第１の光ファイバキャリヤの光ファイバの光軸のＹ座標が等しい場合の第２の光ファイバキャリヤ及び第２の偏心リングの調整による第２のレンズ及び第３の光ファイバの位置合わせを示した模式図である。

符号の説明

１，７ 光伝送キャリア
１ａ，１ｂ，７ａ 光ファイバ
２，６ レンズ
３，５ 光路調整部材
４ 光学フィルタ板
６′ ポールレンズ
８ 支持部材
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３ 光軸

Claims (10)

1. 第１の光ファイバから出射し第１のレンズを透過した光が光機能素子に入射され、光機能素子で反射した光は再び第１のレンズを透過して第１の光ファイバと平行に並置された第２の光ファイバに入射し、光機能素子を透過した光は第２のレンズを透過して第３の光ファイバに入射する光学系をなし、少なくともその並置される第１及び第２の光ファイバと第１のレンズとは互いに平行な光軸を有する光モジュールにおいて、
   前記第１のレンズは、円柱状の外形をなしその外形の軸に平行であってその外形の軸から所定量偏心した光軸を有する集光手段である第１の偏心レンズ手段として構成され、その第１の偏心レンズ手段は、第１の偏心レンズ手段を搭載してそれをその外形の軸周りに回転調整することのできる溝であって第１の偏心レンズ手段と前記光機能素子とを搭載する支持部材の上面において光機能素子に向かって形成される第１の溝に設置固定され、
   前記第１の光ファイバと前記第２の光ファイバとは、それらを互いに平行に保持する２芯の光ファイバキャリヤであって前記第１の偏心レンズ手段と互いの光軸方向を平行にして対向し少なくともその光軸方向に垂直な１方向について並進調整することのできる第１の光ファイバキャリヤに保持されて設置固定され、
   前記第１の光ファイバ、第２の光ファイバ、及び第１のレンズは、それらの光軸方向に垂直な面内方向において、前記第１の偏心レンズ手段の前記外形の軸周りの回転調整と前記第１の光ファイバキャリヤの前記１方向についての並進調整とによって相対的に位置合わせされていることを特徴とする光モジュール。
2. 請求項１に記載される光モジュールにおいて、前記第１の偏心レンズ手段は、円柱状の外形とその軸方向の貫通孔とを有する筒状部材に、前記第１のレンズを、そのレンズの光軸を筒状部材の外形の軸と平行にかつ所定量偏心させて固定してなることを特徴とする光モジュール。
3. 請求項２に記載される光モジュールにおいて、前記筒状部材の前記貫通孔は筒状部材の外形に対して所定量偏心しており、前記第１のレンズはその偏心した貫通孔に嵌挿して固定されていることを特徴とする光モジュール。
4. 請求項１に記載される光モジュールにおいて、前記第１のレンズは屈折率プロファイルの中心が所定量偏心した円柱状のGRINレンズであり、前記第１の偏心レンズ手段はその第１のレンズ自体で構成されることを特徴とする光モジュール。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載される光モジュールにおいて、前記並置される第１及び第２の光ファイバと、前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、前記第３の光ファイバとはすべて互いに平行な光軸を有し、
   前記第２のレンズは、円柱状の外形をなしその外形の軸に平行であってその外形の軸から所定量偏心した光軸を有する集光手段である第２の偏心レンズ手段として構成され、その第２の偏心レンズ手段は、第２の偏心レンズ手段を搭載してそれをその軸方向に並進調整及びその外形の軸周りに回転調整することのできる溝であって前記支持部材の上面において前記第１の溝と前記光機能素子を挟んで反対側に前記第１の溝と平行に形成される第２の溝に設置固定され、
   前記第３の光ファイバは、前記第２の偏心レンズ手段と互いの光軸方向を平行にして対向しその光軸方向及び光軸方向に垂直な面内方向において並進調整することのできる第２の光ファイバキャリヤに保持されて設置固定され、
   前記第２のレンズ及び前記第３の光ファイバは、前記第２の偏心レンズ手段の前記軸方向の並進調整及び外形の軸周りの回転調整と、前記第２の光ファイバキャリヤの前記光軸方向及び光軸方向に垂直な面内方向の並進調整とによって、前記光機能素子を透過した光に対し位置合わせされていることを特徴とする光モジュール。
6. 請求項５に記載される光モジュールにおいて、前記第２の偏心レンズ手段は、円柱状の外形とその軸方向の貫通孔とを有する筒状部材に、前記第２のレンズを、そのレンズの光軸を筒状部材の外形の軸と平行にかつ所定量偏心させて固定してなることを特徴とする光モジュール。
7. 請求項６に記載される光モジュールにおいて、前記筒状部材の前記貫通孔は筒状部材の外形に対して所定量偏心しており、前記第２のレンズはその偏心した貫通孔に嵌挿して固定されていることを特徴とする光モジュール。
8. 請求項５に記載される光モジュールにおいて、前記第２のレンズは屈折率プロファイルの中心が所定量偏心した円柱状のGRINレンズであり、前記第２の偏心レンズ手段はその第２のレンズ自体で構成されることを特徴とする光モジュール。
9. 請求項５乃至請求項８の何れかに記載される光モジュールにおいて、前記光機能素子は透明板の表面に誘電体多層膜を形成してなる光学フィルタ板であり、前記第２の偏心レンズ手段を設置固定される前記第２の溝は、前記第１の偏心レンズ手段を設置固定される前記第１の溝に対し、その前記第１の溝に関し前記第１の光ファイバの光軸と反対側に所定距離のオフセットを有して形成されていることを特徴とする光モジュール。
10. 請求項５乃至請求項９の何れかに記載される光モジュールにおいて、前記第２の光ファイバキャリヤは、その前記第２の光ファイバキャリヤの光軸方向に垂直な面内方向において、前記第１の光ファイバキャリヤに固定される第１の光ファイバと第２の光ファイバの２つの光軸を含む直線の方向と平行な１方向のみについて調整可能とされていることを特徴とする光モジュール。
    

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