JPH04275508A - Optical information transmitter - Google Patents
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理、光コンピ
ューティング、光変換、光インターコネクション、光計
測といった分野で光学系を構成する場合に有用な汎用的
光学系に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a general-purpose optical system useful for constructing optical systems in fields such as optical information processing, optical computing, optical conversion, optical interconnection, and optical measurement.
【０００２】0002
【従来の技術】レンズ、グレーティング、プリズム等を
組み合せて光学系を構成する場合、各部品の光軸のアラ
イメント調整は極めて複雑であり、多くの光学部品、或
いは空間変調素子、ディテクタアレイ、ＬＥＤアレイ、
半導体レーザアレイ（以下「ＬＤアレイ」と記す）等の
光電子部品を高精度に位置合せすることは不可能に近い
。[Prior Art] When constructing an optical system by combining lenses, gratings, prisms, etc., alignment adjustment of the optical axes of each component is extremely complicated, and many optical components, spatial modulation elements, detector arrays, LED arrays, etc. ,
It is nearly impossible to align optoelectronic components such as semiconductor laser arrays (hereinafter referred to as "LD arrays") with high precision.
【０００３】さらに、これら部品類のアライメント及び
固定のための機構が複雑になることから、光学系の小型
化や組み立て後の温度変化等に対する信頼性確保が難し
いといった問題もある。Furthermore, since the mechanisms for aligning and fixing these parts are complicated, there are also problems in that it is difficult to miniaturize the optical system and to ensure reliability against temperature changes after assembly.
【０００４】0004
【発明が解決しようとする課題】このような従来の光学
系が持つ組み立て、アライメント、調整の複雑さ、困難
さ、光学系の小型化の困難さ、信頼性の低さを解決する
ことが本発明の第１の目的である。[Problem to be solved by the invention] It is essential to solve the complexity and difficulty of assembly, alignment, and adjustment, the difficulty in miniaturizing the optical system, and the low reliability of conventional optical systems. This is the first object of the invention.
【０００５】このような従来の問題点を解決するために
、本発明者は先に特願平２−２５３８３１及び特願平２
−２５３８３０において、新規な光情報伝達装置及びそ
の製造方法を提案した。In order to solve such conventional problems, the present inventor previously published Japanese Patent Application No. 2-253831 and Japanese Patent Application No. 2-253831.
-253830, proposed a new optical information transmission device and its manufacturing method.
【０００６】上記先行出願に開示されている光情報伝達
装置は、多数個のレンズを等間隔で同軸上に配列し、こ
れらレンズ間にそれぞれ共役像面を形成し、共役像面間
で光パターンの空間伝送を行うものであるが、この中で
は光信号の発信源としてＬＥＤ又はＬＤアレイを例示し
ているが、光ファイバからの光入力又は光ファイバへの
光出力に関しては言及していない。The optical information transmission device disclosed in the above-mentioned prior application arranges a large number of lenses on the same axis at regular intervals, forms conjugate image planes between these lenses, and creates a light pattern between the conjugate image planes. Although this document uses an LED or an LD array as an example of an optical signal transmission source, it does not mention optical input from an optical fiber or optical output to an optical fiber.
【０００７】しかしながら、光変換機をはじめ光通信等
の分野で光ファイバが広く使用されていることは周知の
通りであり、前述した光情報伝達装置についても光ファ
イバとの間の入出力を考慮する必要がある。However, it is well known that optical fibers are widely used in fields such as optical converters and optical communications, and the input and output between the optical fiber and the optical information transmission device described above must also be considered. There is a need to.
【０００８】よって本発明の第２の目的は、上記の残さ
れた問題点を解決し、光ファイバ（アレイ）からの光の
入力、又は光ファイバ（アレイ）への光の出力を行うの
に適した光学装置を提供することである。Therefore, a second object of the present invention is to solve the above-mentioned remaining problems and to provide a method for inputting light from an optical fiber (array) or outputting light to an optical fiber (array). The objective is to provide a suitable optical device.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】１つの基板上に、同軸上
に配列した複数個のレンズを備え、これらレンズ群の、
隣接するレンズ間に倍率の等しい共役結像面を有し、且
つ前記複数個のレンズの中をその射出光が伝播するよう
に光ファイバが備えられているか、又は前記レンズ群中
を伝播して来た光が入射するように光ファイバが備えら
れており、且つ前記光ファイバの入射端又は射出端は、
前記レンズの共役結像面と共役関係にある面内に存在す
るように構成する。[Means for Solving the Problems] A plurality of lenses arranged coaxially on one substrate are provided, and of these lens groups,
An optical fiber is provided so that adjacent lenses have conjugate imaging planes with equal magnification, and the emitted light propagates through the plurality of lenses, or the optical fiber propagates through the lens group. An optical fiber is provided so that the incoming light enters, and the input end or exit end of the optical fiber is
It is configured to exist within a plane that has a conjugate relationship with the conjugate imaging plane of the lens.
【００１０】さらに本発明の好ましい１つの実施態様に
ついて述べると、前記光ファイバの端部と前記同軸上レ
ンズ配列体との間に別途のレンズ（例えば端面が平面の
屈折率分布ロッドレンズ）及びプリズムを介在させる。
これにより、光ファイバからの射出光をレンズ配列体の
光軸方向に沿って伝送させるか、又はレンズ配列体で伝
送される光をプリズム斜面で反射させて光ファイバへ入
射させる。Further, in a preferred embodiment of the present invention, a separate lens (for example, a gradient index rod lens with a flat end surface) and a prism are provided between the end of the optical fiber and the coaxial lens array. intervene. As a result, the light emitted from the optical fiber is transmitted along the optical axis direction of the lens array, or the light transmitted by the lens array is reflected on the prism slope and input into the optical fiber.
【００１１】また、光ファイバが単線ではなく複数本が
並列的に配列されている光ファイバアレイの場合の好ま
しい実施態様として、光ファイバアレイ端とレンズ配列
体との間にマイクロレンズアレイを介在させ、各マイク
ロレンズの配列ピッチを前記光ファイバアレイのファイ
バ配列ピッチと一致させ、各光ファイバと各マイクロレ
ンズが１対１で対向するように構成する。上記のマイク
ロレンズアレイとしては、ガラスあるいはプラスチック
から成る１つの平板内に、周辺よりも屈折率の大なレン
ズ領域を拡散等で多数配列形成した平板マイクロレンズ
が好適である。[0011] In addition, as a preferred embodiment in the case of an optical fiber array in which a plurality of optical fibers are arranged in parallel instead of a single line, a microlens array is interposed between the end of the optical fiber array and the lens array. The arrangement pitch of each microlens is made to match the fiber arrangement pitch of the optical fiber array, and each optical fiber and each microlens are configured to face each other on a one-to-one basis. The microlens array described above is preferably a flat plate microlens in which a large number of lens regions having a higher refractive index than the surrounding area are arranged in a single flat plate made of glass or plastic by diffusion or the like.
【００１２】0012
【作用】本発明によれば、前述したレンズ配列体を用い
た光情報伝達装置に対して、光ファイバ（アレイ）との
間で光の入出力を自由に行うことができ、ファイバ（ア
レイ）のアライメント、位置合せが極めて簡単に行える
といった利点が得られる。[Operation] According to the present invention, it is possible to freely input and output light between the optical fiber (array) and the optical information transmission device using the lens array described above. The advantage is that alignment and positioning can be performed extremely easily.
【００１３】[0013]
【実施例】以下本発明を図面に示した実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係る光情報伝送装置の
光ファイバ入出力部を示す断面図、図２は同装置のレン
ズ配列体全体を示す断面図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained in detail below based on embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an optical fiber input/output section of an optical information transmission device according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing the entire lens array of the same device.
【００１４】ガラス、セラミクス、プラスチック等から
成る基板１に、屈折率分布型ロッドレンズ（以下単にロ
ッドレンズと呼ぶ）２が配列固定してある。ロッドレン
ズ２は、例えば円柱ロッド状ガラスをイオン交換するこ
とによって得られるレンズで、円柱中心軸に対して回転
対称な、中心から外周に向けて半径方向に略二乗分布で
減少するような屈折率分布を持っており、屈折率勾配に
より、ロッド内で光線が内側に曲げられ凸レンズとして
作用する。このようなロッドレンズ２を光軸２Ａを共通
にして多段に配置している。各ロッドレンズ２の長さを
適当に決めると、各ロッドレンズによって等倍（−１倍
）結像系が構成できる。なお、多くの場合、図１、図２
に示されるように、２個のロッドレンズを１対として等
倍（−１倍）結像を構成する方が都合がよい。Gradient index rod lenses (hereinafter simply referred to as rod lenses) 2 are arranged and fixed on a substrate 1 made of glass, ceramics, plastic, or the like. The rod lens 2 is a lens obtained by, for example, ion-exchanging cylindrical rod-shaped glass, and has a refractive index that is rotationally symmetrical about the central axis of the cylinder and decreases in the radial direction from the center to the outer circumference with a substantially square distribution. Due to the refractive index gradient, light rays are bent inward within the rod, acting as a convex lens. Such rod lenses 2 are arranged in multiple stages with a common optical axis 2A. By appropriately determining the length of each rod lens 2, a 1x (-1x) imaging system can be configured by each rod lens. In addition, in many cases, Figures 1 and 2
As shown in , it is more convenient to form a pair of two rod lenses to form a 1-magnification (-1x) image.
【００１５】本発明では各ロッドレンズ２によって等倍
結像系を構成し、さらに多段に配置したロッドレンズ２
の距離を調整して固定する。即ち、同軸上に配列したロ
ッドレンズ２群の共役結像面がすべて相互に共通になる
ような等倍結像系を構成する。図２におけるＩ１ 〜Ｉ
４ はすべて共役な等倍結像面になっている。In the present invention, each rod lens 2 constitutes a 1-magnification imaging system, and the rod lenses 2 are arranged in multiple stages.
Adjust and fix the distance. That is, a 1-magnification imaging system is constructed in which the conjugate imaging planes of the two groups of rod lenses arranged coaxially are all mutually common. I1 to I in FIG.
4 are all conjugate, same-magnification imaging planes.
【００１６】このような同軸上レンズ配列体に光ファイ
バを伝播してきた光を入射するために、プリズム３、中
継用ロッドレンズ４、光ファイバアレイ５を図に示すよ
うに設置固定する。すなわち、同軸上レンズ配列体を成
すロッドレンズ２・２の平面の端面間に形成される空隙
溝部７内にプリズム３を挿入し、このプリズム３の側面
上にロッドレンズ４の一方の平面端面を接合し、さらに
このロッドレンズ４の他方の平面端面に光ファイバアレ
イ５の端部を接続する。In order to input light propagated through an optical fiber into such a coaxial lens array, a prism 3, a relay rod lens 4, and an optical fiber array 5 are installed and fixed as shown in the figure. That is, the prism 3 is inserted into the gap groove 7 formed between the flat end faces of the rod lenses 2 forming the coaxial lens array, and one flat end face of the rod lens 4 is placed on the side surface of the prism 3. Then, the end of the optical fiber array 5 is connected to the other flat end surface of the rod lens 4.
【００１７】光ファイバアレイ５から拡散射出した光は
、１／４ピッチ長の中継用ロッドレンズ４によって平行
光束に変換された後、プリズム３の４５度斜面で反射し
て同軸上レンズ配列体に入射する。The light diffused and emitted from the optical fiber array 5 is converted into a parallel beam by the relay rod lens 4 having a 1/4 pitch length, and then reflected by the 45-degree slope of the prism 3 to form a coaxial lens array. incident.
【００１８】そして同軸上レンズ配列体を構成するロッ
ドレンズ２群を介して、図１におけるＩ面に光ファイバ
アレイ５の射出端面の像が結像する。即ち、同軸上レン
ズ配列体の共役結像面（図２のＩ１ ，Ｉ２ ，Ｉ３
，Ｉ４ 及び図１のＩ面）とファイバアレイ射出端面が
共役結像関係になっている。An image of the exit end surface of the optical fiber array 5 is formed on the I plane in FIG. 1 through the two groups of rod lenses constituting the coaxial lens array. That is, the conjugate imaging planes of the coaxial lens array (I1, I2, I3 in FIG.
, I4 and I plane in FIG. 1) and the fiber array exit end face are in a conjugate imaging relationship.
【００１９】従って、光ファイバから射出した光信号に
対して、同軸上レンズ配列体中の他の空隙溝７に適当な
光スイッチ、変調素子、光偏向器等を挿入して機能させ
ることにより、光変換等の操作を行うことができる。Therefore, by inserting an appropriate optical switch, modulation element, optical deflector, etc. into the other air gap groove 7 in the coaxial lens array and making it function for the optical signal emitted from the optical fiber, Operations such as light conversion can be performed.
【００２０】上記のようなレンズ配列体は、前述のよう
にロッドレンズを用いて作製することができ、この時、
各ロッドレンズ端面間の空隙溝７の形状寸法を同一にし
、かつ溝７内での共役像面形成位置を一定に作製すれば
、ここに挿入する部品の外形状を溝形状に合せて作製す
ることにより、部品の挿入、アライメントが容易に行え
るといった利点がある。図１では空間光変調素子６を溝
７の形状に合せて作製し、これを溝内壁に接触させなが
ら挿入した状態を例示している。[0020] The above lens array can be manufactured using rod lenses as described above, and in this case,
If the dimensions of the gap groove 7 between the end faces of each rod lens are made the same and the conjugate image plane formation position within the groove 7 is made constant, the outer shape of the component to be inserted here can be made to match the groove shape. This has the advantage that parts can be easily inserted and aligned. FIG. 1 illustrates a state in which the spatial light modulator 6 is manufactured to match the shape of the groove 7 and inserted while being in contact with the inner wall of the groove.
【００２１】上記プリズム３と同様に、屈折率マッチン
グ液等を用いて、表面を溝内壁面に沿って接触させなが
ら挿入することによって、光ファイバ入出力といった一
般に光学系のアライメント調整が極めて困難な光学系も
容易にアライメント、固定することができる。Similar to the prism 3, the refractive index matching liquid or the like is used to insert the prism while the surface is in contact with the inner wall surface of the groove. The optical system can also be easily aligned and fixed.
【００２２】なお、図１では光ファイバから射出する光
の同軸上レンズ配列体への光入力に対して説明したが、
光の進行方向を逆方向にすれば、同様に同軸上レンズ配
列体から光ファイバアレイへの光出力が行える。[0022] In Fig. 1, an explanation was given regarding the input of light emitted from an optical fiber to a coaxial lens array.
If the traveling direction of the light is reversed, light can be similarly output from the coaxial lens array to the optical fiber array.
【００２３】また、図１において、光ファイバアレイ５
とロッドレンズ４との間に、個々のファイバ端面に対向
して、マイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイ
を設けることにより、光ファイバ入出力光のカップリン
グ効率を上げることができる。Furthermore, in FIG. 1, the optical fiber array 5
By providing a microlens array in which microlenses are arranged between the rod lens 4 and the end face of each fiber, the coupling efficiency of light input and output from the optical fiber can be increased.
【００２４】[0024]
【発明の効果】本発明により、従来極めて困難であった
光部品の挿入、位置決めが容易に行え、且つ、光ファイ
バアレイも同様に容易に高精度アライメント位置決めで
きるために、光ファイバアレイの光入出力が高精度に自
由に行え、光通信や光コンピューティング等の分野で、
より複雑で実用的な光学系を容易に組むことができるよ
うになった。[Effects of the Invention] According to the present invention, it is possible to easily insert and position optical components, which was extremely difficult in the past, and also to easily perform high-precision alignment and positioning of optical fiber arrays. Output can be performed freely with high precision, making it useful in fields such as optical communication and optical computing.
It has become easier to assemble more complex and practical optical systems.
【図１】本発明の一実施例を示す光ファイバ入出力部の
断面図。FIG. 1 is a sectional view of an optical fiber input/output section showing one embodiment of the present invention.
【図２】同上実施例における同軸上レンズ配列体部を示
す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a coaxial lens array body in the embodiment.
１ 基板 ２ 屈折率分布型ロッドレンズ ２Ａ 光軸 ３ プリズム ４ 中継用ロッドレンズ ５ 光ファイバアレイ ６ 空間光変調素子 ７ レンズ間溝部 1 Substrate 2 Gradient index rod lens 2A Optical axis 3 Prism 4 Rod lens for relay 5 Optical fiber array 6 Spatial light modulation element 7. Groove between lenses
Claims (3)
数個のレンズを備え、前記複数個のレンズの、隣接する
レンズ間に倍率の等しい共役結像面を有し、且つ、前記
複数個のレンズの中をその射出光が伝播するように光フ
ァイバが備えられているか又は、前記複数個のレンズの
中を伝播して来た光が入射するように光ファイバが備え
られており、且つ、前記光ファイバの入射端又は射出端
は前記共役結像面と共役関係にある面内に存在すること
を特徴とする光情報伝送装置。1. A plurality of lenses arranged coaxially on one substrate, wherein adjacent lenses of the plurality of lenses have conjugate imaging planes with equal magnification, and an optical fiber is provided so that the emitted light propagates through the plurality of lenses, or an optical fiber is provided so that the light propagated through the plurality of lenses enters; The optical information transmission device is characterized in that an input end or an exit end of the optical fiber exists in a plane having a conjugate relationship with the conjugate image plane.
し、このプリズムの側面上に屈折率分布型ロッドレンズ
を介して光ファイバを接続した請求項１に記載の光情報
伝送装置。2. The optical information transmission device according to claim 1, wherein a prism is inserted into the inter-lens gap, and an optical fiber is connected to the side surface of the prism via a gradient index rod lens.
の光ファイバを配列したアレイであって、この光ファイ
バアレイの個々のファイバ端に対向してマイクロレンズ
が備えられているマイクロレンズアレイを設けた請求項
１に記載の光情報伝送装置。3. The optical fiber is an array of at least two or more optical fibers, and a microlens array is provided with a microlens facing each fiber end of the optical fiber array. The optical information transmission apparatus according to claim 1, further comprising: an optical information transmission apparatus according to claim 1;
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5976491A JPH04275508A (en) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | Optical information transmitter |
| EP95103151A EP0658786A3 (en) | 1990-09-21 | 1991-09-23 | Optical information transmitting device and method of manufacturing same |
| EP91308643A EP0477036B1 (en) | 1990-09-21 | 1991-09-23 | Optical information transmitting device |
| US07/764,005 US5202567A (en) | 1990-09-21 | 1991-09-23 | Optical information transmitting device and method of manufacturing same |
| DE69115815T DE69115815T2 (en) | 1990-09-21 | 1991-09-23 | Optical communication device |
| US08/005,755 US5362961A (en) | 1990-09-21 | 1993-01-19 | Optical information transmitting device and method of manufacturing same |
| US08/232,777 US5500523A (en) | 1990-09-21 | 1994-04-25 | Optical information transmitting device and method of manufacturing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5976491A JPH04275508A (en) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | Optical information transmitter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04275508A true JPH04275508A (en) | 1992-10-01 |
Family
ID=13122669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5976491A Pending JPH04275508A (en) | 1990-09-21 | 1991-03-01 | Optical information transmitter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04275508A (en) |
-
1991
- 1991-03-01 JP JP5976491A patent/JPH04275508A/en active Pending
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