JPH075341A - 光コリメータアレイおよびその光軸合わせ方法 - Google Patents

光コリメータアレイおよびその光軸合わせ方法

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JPH075341A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバアレイとマイクロレンズアレイと
を簡単に所定距離離間して配置できるとともに高強度の
光コリメータアレイおよびその光軸合わせ方法を提供す
る。 【構成】 光ファイバ5を整列固定する光ファイバアレ
イ1と、この光ファイバアレイ1から一定の間隔を隔て
て設けたマイクロレンズアレイ11とからなる光コリメ
ータアレイにおいて、光通路用の窓部22を有するスペ
ーサ21に、前記マイクロレンズアレイ11をその端部
が窓部に露出した状態で固定して構成するとともに、前
記光ファイバアレイ1の光ファイバ5の端部と窓部に露
出したマイクロレンズアレイ11とが対向してそれぞれ
の光軸が一致するよう、光ファイバアレイ1の光ファイ
バ5の両端部の同一平面に設けた位置合わせ用の基準光
ファイバを利用して光軸合わせを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを整列固定
する光ファイバアレイと、この光ファイバアレイから一
定の間隔を隔てて設けたマイクロレンズアレイとからな
る光コリメータアレイおよびその光軸合わせ方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、信号再生機能を有する半導体二次
元光スイッチアレイが注目を集めている(例えば、信学
技報、A−P92−78、SSE92−70(1992
−10)「ディジタル再生型フリースペース光スイッチ
の動作実験」)。この半導体二次元光スイッチアレイの
入出力部分に光コリメータアレイが使用されている。こ
の光コリメータアレイは、光ファイバを通じて供給され
る光信号を、半導体二次元光スイッチアレイの主要部分
である二次元デバイスに平行光として供給する作用を有
している。
【0003】光コリメータアレイは、光ファイバを整列
固定する光ファイバアレイと、この光ファイバアレイか
ら一定の間隔を隔てて設けたマイクロレンズアレイとか
ら構成されている。そして、通常は、光ファイバアレイ
の端部とマイクロレンズアレイの一端とを、マイクロレ
ンズアレイの焦点距離だけ隔てて対向して配置し、光フ
ァイバアレイから出る発散光をマイクロレンズアレイに
より平行光としている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した構造の光コリ
メータアレイを製造するのに最適な方法は未だ見い出さ
れておらず、例えば同一平板上に、光ファイバアレイと
マイクロレンズアレイとを、スペーサ等を介することに
よりマイクロレンズアレイの焦点距離だけ隔てて配置す
ることが考えられるが、両者を正確に焦点距離だけ隔て
て配置して、しかも光ファイバアレイとマイクロレンズ
アレイとの光軸を合わせることは非常に難しく、さらに
上述した構造では光コリメータアレイの強度が低くな
り、取扱いが難しくなる問題があった。
【0005】すなわち、上述した構造の光コリメータア
レイの光軸を合わせるには、光ファイバアレイのマイク
ロレンズアレイと接合する面に対して反対側の端面より
光を入射して、マイクロレンズからの出射光を例えばC
CDカメラにより撮像してモニターに表示し、表示され
た複数の出射光のスポットの相対的なずれが極力小さく
なるようにする。この状態で光ファイバアレイとマイク
ロレンズアレイとの間に例えば紫外線硬化型接着剤等を
塗布して固定している。
【0006】しかしながら、上述した方法では、光ファ
イバアレイとマイクロレンズアレイとがずれている場合
は図15(a)にモニター中のスポット51(ここで
は、光ファイバが4心の場合を考える)を示すように、
スポット51がずれてずれを判断することができるが、
スポット51のずれはスポット51同士の相対的なずれ
であり、両者の厚み方向に完璧に平行にずれた場合、図
15(b)にモニター中のスポット51を示すように、
スポット51を見る限りはずれは全く生じないように見
える。そのため、光ファイバアレイの光軸に対するずれ
をなくすことができず、光ファイバの光軸とマイクロレ
ンズの光軸とを完全に一致させることができない問題が
あった。
【0007】本発明の目的は上述した課題を解消して、
光ファイバアレイとマイクロレンズアレイとを簡単に所
定距離離間して配置できるとともに高強度の光コリメー
タアレイおよびその光軸合わせ方法を提供しようとする
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の光コリメータア
レイは、光ファイバを整列固定する光ファイバアレイ
と、この光ファイバアレイから一定の間隔を隔てて設け
たマイクロレンズアレイとからなる光コリメータアレイ
において、光通路用の窓部を有するスペーサに、前記マ
イクロレンズアレイをその端部が窓部に露出した状態で
固定し、前記光ファイバアレイの光ファイバ端部と窓部
に露出したマイクロレンズアレイとが対向してそれぞれ
の光軸が一致するよう、マイクロレンズアレイを一体化
したスペーサを光ファイバアレイに固定して、光ファイ
バアレイとマイクロレンズアレイとを一体化したことを
特徴とするものである。
【0009】また、本発明の光コリメータアレイの光軸
合わせ方法は、光ファイバを整列固定する光ファイバア
レイと、この光ファイバアレイから一定の間隔を隔てて
設けたマイクロレンズアレイとからなる光コリメータア
レイにおける光ファイバとマイクロレンズとの光軸を合
わせる方法であって、光ファイバアレイの光ファイバの
両側端部の同一平面にかつ平行に位置合わせ用の基準光
ファイバを設け、光ファイバアレイをなす光ファイバお
よび位置合わせ用の光ファイバに光を入射し、光ファイ
バアレイをなす光ファイバを通過しマイクロレンズアレ
イから出射する光と基準光ファイバから出射する光を撮
像し、基準光ファイバからの光を結んだ直線上にマイク
ロレンズアレイからの光が存在するように、光ファイバ
アレイとマイクロレンズアレイの位置を決定することを
特徴とするものである。
【0010】
【作用】上述した光コリメータアレイの構成において、
光ファイバアレイ、スペーサおよびマイクロレンズアレ
イの三者を一体化して光コリメータアレイを構成してい
るので、製造が簡単で高強度の光コリメータアレイを得
ることができ、取扱いが便利になる。また、予めスペー
サに好ましくは所定厚さだけ窪ませた窓部を設け、スペ
ーサの窓部にマイクロレンズアレイの端部が露出するよ
うセットするだけで、このスペーサを光ファイバアレイ
に固定すれば、光ファイバアレイの端部とマイクロレン
ズアレイの一端との距離を例えば焦点距離に正確に合わ
せることができ、発散光から平行光への変換効率を高く
することができる。
【0011】上述した光コリメータアレイの光軸合わせ
方法の構成において、光ファイバアレイの光ファイバの
両側端部に少なくとも1組の基準光ファイバを設け、こ
れらの基準光ファイバから直接出射する光のスポットを
モニター上で結んだ直線を基準にして、光ファイバとマ
イクロレンズとの光軸合わせを行うことにより、たとえ
完璧に平行に光ファイバがずれていてもそれらのスポッ
トは上記直線上にはなく、光軸のずれを判断でき、その
ため光ファイバとマイクロレンズとの光軸を簡単に合わ
せることができる。
【0012】
【実施例】図1は本発明の光コリメータアレイの一例の
構成を示す図である。図1に示す例において、1は複数
の光ファイバ5(ここでは4本の例で考える)を一列に
整列固定する光ファイバアレイ、11は少なくとも光フ
ァイバ5の数に対応した数のGRINレンズ12を一列
に一体化してなるマイクロレンズアレイ、21はマイク
ロレンズアレイ11を固定するためのスペーサである。
そして、マイクロレンズアレイ11の端部がスペーサ2
1の凹部22に露出した状態でマイクロレンズアレイ1
1をスペーサ21に固定し、光ファイバアレイ1の光フ
ァイバ5の端部と凹部22の窓部に露出したマイクロレ
ンズアレイ11とが対向してそれぞれの光軸が一致する
よう、スペーサ21を光ファイバアレイ1に接着固定し
て光コリメータアレイ31を構成している。
【0013】光ファイバアレイ1は、例えば本出願人に
よる特願平4−142682号において開示した例を好
適に使用できる。図2は特願平4−142682号で開
示した例であり、光ファイバアレイ1は、V溝基板2と
ファイバ固定基板3と上基板4により、所定数の光ファ
イバ5を固定して構成されている。V溝基板2は上部平
面6とこれに段差7を介して接する下部平面8とからな
り、上部平面6には裸ファイバを収納するためのV溝9
が形成されている。ファイバ固定基板3はV溝基板2の
上面に設けられ、裸ファイバをV溝9の中心に固定する
ためのものである。上基板4はV溝基板2の下部平面8
の上に載せられるもので、その下面には光ファイバ5の
被覆部を収納するための凹溝10が形成されている。
【0014】マイクロレンズアレイ11は、GRIN
(Gradient Index)レンズ12を一列ま
たは二次元的に縦横複数列に配列した市販のアレイか
ら、必要な数のGRINレンズ12を切り出すことによ
り製作できる。また、GRINレンズ12の配列ピッチ
は、対向する光ファイバのピッチと一致しなければなら
ないことはいうまでもない。なお、凹部22の窓部に露
出しない部分にもGRINレンズ12を設けてもかまわ
ない。
【0015】スペーサ21は、図3(a)、(b)、
(c)にその平面図、正面図および側面図を示すよう
に、光ファイバアレイ1との接合面23に対し垂直な溝
からなるマイクロレンズアレイ11の収納部24と、接
合面23に対し平行な溝からなる凹部22とから構成さ
れ、収納部24の底部24aと凹部22の底部22aと
は重なって光通路なす窓部25を形成している。ここで
重要なのは、凹部22を空間のみで形成する場合は、マ
イクロレンズアレイ11を収納部24に収納した際その
一端すなわち収納部24の底部24aを形成する面と接
合面23との間隔dが、マイクロレンズアレイ11の焦
点距離となるようにする点である。例えば、光ファイバ
アレイ11の寸法は5×5×2mmでスペーサ21の寸
法は5×2×2mmである。また、マイクロレンズアレ
イ11の焦点距離は例えば600μm である。
【0016】図4はスペーサ21の他の例の側面すなわ
ち図3(c)に対応する側面を示す図である。図4に示
す例においては、図3に示す例に加えて、収納部24の
底部24aの両端部に、接合面に向かう溝部26を設け
ている。そのため、図3(c)に示すように収納部24
の底部24aの両端部が直角とならず、両端部がR形状
となり、その結果マイクロレンズアレイ11を収納部2
4にセットしたとき間隔dが焦点距離とならなくなる問
題をなくすことができ、マイクロレンズアレイ11の端
部と接合面23との間隔dを常に正確に焦点距離とする
ことができ好ましい。
【0017】上述した構成の本発明の光コリメータアレ
イでは、スペーサ21の収納部24の底部24aを形成
する面と接合面23との距離が所定の焦点距離となるよ
うに精度良く加工しさえすれば、その後の組立時にはそ
れほど神経をつかうことなく、光ファイバアレイ1とマ
イクロレンズアレイ11との間隔を正確に焦点距離とす
ることができる。なお、本発明の光コリメータアレイ3
1の他の例として、円筒形状のGRINレンズ12の代
わりにマイクロレンズ13を少なくとも窓部に接する面
に形成したマイクロレンズアレイ11を使用した例を図
5に示す。
【0018】図6は上述した構造の光コリメータアレイ
における組立時の本発明の光軸合わせ方法を説明するた
めの図であり、図7は図6におけるCCDカメラで撮像
したモニター画像を示す図である。まず、上述した完成
品における光ファイバアレイ1の大きさを両横(幅方
向)に広げ、かつ広げた部分にもV溝基板2に存在する
V溝9に対し平行なV溝9aを形成し、このV溝9aに
基準となる光ファイバ5aを配置して、両側端の同一平
面に位置合わせ用の基準光ファイバ5aを有する光ファ
イバアレイ1を作製する。V溝9aの位置は、少なくと
もスペーサ21よりも外側であり、また図中A部のよう
に接着用の樹脂が漏れても基準となる光ファイバ5にか
からない位置とする必要がある。この光ファイバアレイ
1にマイクロレンズ11を収納したスペーサ21を接合
する。接合時の光軸合わせは以下のように行われる。
【0019】まず、光ファイバアレイ1をなす光ファイ
バ5および位置合わせ用の基準となる光ファイバ5aに
光を入射させて、光ファイバアレイ1をなす光ファイバ
5を通過してレンズアレイ11から出射する光と基準光
ファイバ5aから直接出射する光をCCDカメラ41で
撮像し、図6に示すようにモニター42に表示する。そ
して、両側端の基準光ファイバ5aのモニター42上の
光のスポットも中心を求め、モニター42上で両中心を
結んだ線を基準線Sとする。その後、光ファイバ5のモ
ニター42上の4個の光スポットが、基準線S上に位置
しかつ光スポット同士のずれが無いようにマイクロレン
ズアレイ11を固定したスペーサ21の位置を調節し
て、スペーサ21を光ファイバアレイ1に例えば紫外線
硬化型樹脂により固定している。
【0020】図8は本発明の光軸合わせを実施する際好
適なスペーサ21の形状を示す図である。図8に示すス
ペーサ21では、スペーサ21全体の大きさを小さくす
るとともに、接合面23の厚み方向に樹脂逃がし溝27
を設けている。上述した構成のスペーサ21を使用する
と、図6に示した樹脂漏れ部Aをなくすことができ、ス
ペーサ21の全体の形状が小さいことと相まって基準光
ファイバ5間のピッチを小さくできる。そのため、CC
Dカメラ41の受光径が小さい場合でも対応することが
でき好ましい。
【0021】図9は本発明で使用する光ファイバアレイ
1の他の例を示す図であり、図10はその際使用するマ
イクロレンズアレイ11とスペーサ21とを組み合わせ
た例を示す図である。図9および図10に示す例におい
て、これまでに説明した例と異なる点は、光ファイバア
レイ1が、上述した例のように図中横方向に複数本整列
させるだけでなく、それを縦方向に積層して整列させた
二次元光ファイバアレイ1とした点である。
【0022】図9に示す例では、縦方向に4層積層させ
るとともに、位置合わせ用の基準光ファイバ5aを最上
層および際下層の両側端の同一平面にそれぞれ一対設け
た例を示している。図9に示した光ファイバアレイ1に
使用するマイクロレンズアレイ11とスペーサ21と
は、上述した例で使用したマイクロレンズアレイ11お
よびスペーサ21と基本的には同一の構成であり、図1
0に示すように、光ファイバアレイ1の積層分だけ、図
中縦方向に拡大して構成している。そのため、マイクロ
レンズアレイ11としては、図11に示すような二次元
レンズアレイから構成されたマイクロレンズアレイ11
を使用する必要がある。
【0023】図12に、図9に示す光ファイバアレイ1
と図10に示すマイクロレンズアレイ11およびスペー
サ21とを組み合わせて、基準光ファイバ5aを付属さ
せた状態の光コリメータアレイ31を示す。また、図1
3に、図12に示す構造の光コリメータアレイ31を使
用して、光軸合わせ終了後基準光ファイバ5aの部分を
切り取った例を示す。いずれの場合も、基本的には上述
した一次元の光ファイバアレイ31と同じ構成である。
【0024】上述した図9〜図13に示した二次元の光
コリメータアレイ31における光軸合わせも、上述した
一次元の光コリメータアレイ31における光軸合わせと
基本的には同様である。すなわち、位置合わせ用の基準
光ファイバ5aは、二次元光ファイバアレイ1の少なく
とも一層の両側端に一組存在すれば十分であるが、図9
に示すように、最上層および最下層の両側端の同一平面
にそれぞれ1組の基準光ファイバ5aを設けると好まし
い。
【0025】この場合の光軸合わせは、基準光ファイバ
5aのすべてに光を入射させるとともに、二次元光ファ
イバアレイ1の光ファイバ5のうちPort1〜4にのみ光
を入射させ、出射光を例えばCCDカメラで撮像してモ
ニター上に表示させる。この状態で、図14に示すよう
に、一対の基準光ファイバ5aからの出射光を結ぶ基準
線S上に基準光ファイバ5aと同一層の光ファイバ5の
出射光を一致させるとともに、図中縦方向の光ファイバ
5の出射光すなわちPort1とPort2、Port4とPort3と
がモニター上縦方向に一致するようにして、光ファイバ
アレイ1とマイクロレンズアレイ11およびスペーサ2
1とを結合すれば、光ファイバアレイ1とスペーサ21
との二次元的光軸合わせが可能となる。もちろん、光フ
ァイバアレイ1のすべての光ファイバに光を入射させて
も良い。なお、2次元光ファイバアレイ1は高精度に作
製する必要があるので、本出願人による特開平5−27
3442号公報および特願平5−49312号に示すよ
うに作製することが好ましい。
【0026】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変形、変更が可能である。例え
ば、上述した例では凹部22を空間としたが、光学的距
離がマイクロレンズアレイの焦点距離と一致するなら
ば、間に他の光学部材が入ってもよいことはいうまでも
ない。
【0027】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光コリメータアレイによれば、マイクロレンズアレイ
を光通路となる窓部を有するスペーサに固定し、このス
ペーサを光ファイバアレイに固定しているため、これら
三者の部材を一体化して光コリメータアレイを構成で
き、製造が簡単で高強度の光コリメータアレイを得るこ
とができる。また、予めスペーサに好ましくは所定厚さ
だけ窪ませた窓部を設け、スペーサの窓部にマイクロレ
ンズアレイの端部が露出するようセットするだけで、こ
のスペーサを光ファイバアレイに固定すれば、光ファイ
バアレイの端部とマイクロレンズアレイの一端との距離
を例えば焦点距離に正確に合わせることができ、発散光
から平行光への変換効率を高くすることができる。
【0028】また、本発明の光コリメータアレイの光軸
合わせ方法によれば、光ファイバアレイの光ファイバの
両側端部に基準光ファイバを設け、これらの基準光ファ
イバから直接出射する光のスポットをモニター上で結ん
だ直線を基準にして、光ファイバとマイクロレンズとの
光軸合わせを行っているため、たとえ完璧に平行に光フ
ァイバがずれていてもそれらのスポットは上記直線上に
はなく、光軸のずれを判断でき、そのため光ファイバと
マイクロレンズとの光軸を簡単に合わせることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光コリメータアレイの一例の構成を示
す図である。
【図2】光ファイバアレイの一例を示す図である。
【図3】スペーサの一例を示す図である。
【図4】スペーサの他の例を示す図である。
【図5】本発明の光コリメータアレイの他の例の構成を
示す図である。
【図6】本発明の光コリメータアレイの光軸合わせ方法
を説明するための図である。
【図7】モニター画像を示す図である。
【図8】スペーサの他の例を示す図である。
【図9】本発明で使用する光ファイバアレイの他の例を
示す図である。
【図10】マイクロレンズアレイとスペーサとを組み合
わせた例を示す図である。
【図11】マイクロレンズアレイの他の例を示す図であ
る。
【図12】本発明の光コリメータアレイの他の例を示す
図である。
【図13】本発明の光コリメータアレイのさらに他の例
を示す図である。
【図14】モニター画像の他の例を示す図である。
【図15】従来の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
1 光ファイバアレイ,5 光ファイバ,11 マイク
ロレンズアレイ,12マイクロレンズ,21 スペー
サ,22 窓部,31 光コリメータアレイ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバを整列固定する光ファイバアレ
    イと、この光ファイバアレイから一定の間隔を隔てて設
    けたマイクロレンズアレイとからなる光コリメータアレ
    イにおいて、光通路用の窓部を有するスペーサに、前記
    マイクロレンズアレイをその端部が窓部に露出した状態
    で固定し、前記光ファイバアレイの光ファイバ端部と窓
    部に露出したマイクロレンズアレイとが対向してそれぞ
    れの光軸が一致するよう、マイクロレンズアレイを一体
    化したスペーサを光ファイバアレイに固定して、光ファ
    イバアレイとマイクロレンズアレイとを一体化したこと
    を特徴とする光コリメータアレイ。
  2. 【請求項2】前記光ファイバアレイが、光ファイバ端面
    が二次元的に配列されている二次元ファイバアレイから
    構成されるとともに、対応する前記マイクロレンズアレ
    イが、マイクロレンズが二次元的に配列されている二次
    元レンズアレイから構成される請求項1記載の光コリメ
    ータアレイ。
  3. 【請求項3】位置合わせ用の基準光ファイバを、前記光
    ファイバアレイをなす光ファイバと同一平面上にかつ平
    行に少なくとも1組設けた請求項1または2記載の光コ
    リメータアレイ。
  4. 【請求項4】前記窓部が、スペーサと光ファイバアレイ
    との接合端から窪んでおり、対向する光ファイバアレイ
    の端部とマイクロレンズアレイとが、所定距離だけ離れ
    ている請求項1〜3のいずれか1項に記載の光コリメー
    タアレイ。
  5. 【請求項5】光ファイバを整列固定する光ファイバアレ
    イと、この光ファイバアレイから一定の間隔を隔てて設
    けたマイクロレンズアレイとからなる光コリメータアレ
    イにおける光ファイバとマイクロレンズとの光軸を合わ
    せる方法であって、光ファイバアレイの光ファイバの両
    側端部の同一平面にかつ平行に位置合わせ用の基準光フ
    ァイバを設け、光ファイバアレイをなす光ファイバおよ
    び位置合わせ用の光ファイバに光を入射し、光ファイバ
    アレイをなす光ファイバを通過しマイクロレンズアレイ
    から出射する光と基準光ファイバから出射する光を撮像
    し、基準光ファイバからの光を結んだ直線上にマイクロ
    レンズアレイからの光が存在するように、光ファイバア
    レイとマイクロレンズアレイの位置を決定することを特
    徴とする光コリメータアレイの光軸合わせ方法。
  6. 【請求項6】前記光ファイバアレイが二次元光ファイバ
    アレイからなり、光ファイバアレイの光ファイバの両側
    端部に設けた位置合わせ用の基準光ファイバを少なくと
    も1組設けた請求項5記載の光コリメータアレイの光軸
    合わせ方法。
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