JPH1152207A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アライメントすなわち位置調整の箇所の削減
が可能となり、またアライメント作業の簡素化を図るこ
とができ、これにより、精度向上および信頼性の向上を
図りかつ製造コストの低減を図り得る光学装置を提供す
る。 【解決手段】 レンズ（１３、３１）が形成されたレン
ズ基板１１と、レンズ（１３、３１）に光学的に結合さ
れる光学素子（１２、３３）とを含む光学装置（１０、
３０）において、レンズ基板１１に、該レンズ基板に形
成されたレンズ（１３、３１）の光軸（２０、３２）に
光学素子の光軸（１７、３８）を一致させて該光学素子
（１２、３３）を受け入れるための、受け入れ孔１４を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いるの
に好適な光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信では、例えばレーザダイオードの
ような光電変換素子からの光が、光学レンズ系を経て光
ファイバに案内される。このような光学系は、例えばレ
ーザダイオードのような発光素子の発光面からの光を並
行化する例えば凸レンズからなる第１のコリメータと、
この並行化された光を、光ファイバのような他の光学素
子の受光面に集光させる例えば凸レンズからなる第２の
コリメータとで構成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したよ
うな従来の光学系の組立では、個々の独立した部品とし
て製造された複数の光学素子のそれぞれが、順次、それ
ぞれの光軸を一致させて、しかも第１のコリメータのレ
ンズ焦点を発光素子の発光面に一致させ、また第２のコ
リメータレンズ焦点を受光素子の受光面に一致させて配
置されるように、アライメントすなわち位置調整が必要
となる。光学装置の製造では、このようなアライメント
作業を必要とする部分の削減およびアライメント作業の
簡素化を図ることが、光学装置の精度向上および信頼性
の向上につながり、また製造コストの低減につながる。
そのため、アライメント作業の削減および簡素化を図り
得る光学装置の出現が望まれていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の点を解
決するために、次の構成を採用する。 〈構成〉本発明は、レンズが形成されたレンズ基板と、
レンズに光学的に結合される光学素子とを含む光学装置
において、レンズ基板に、該レンズ基板に形成されたレ
ンズの光軸に前記光学素子の光軸を一致させて該光学素
子を受け入れるための受け入れ孔を形成したことを特徴
とする。

【０００５】〈作用〉本発明に係る光学装置では、レン
ズ基板に設けられた受け入れ孔に、前記光学素子を挿入
することにより、レンズ基板に形成された光学素子であ
るレンズと、このレンズ基板の受け入れ孔に挿入された
前記光学素子とを相互に光軸を一致させた共軸状態で、
組み立てることができる。従って、レンズの焦点距離に
応じて前記光学素子を前記受け入れ孔内に位置決めるこ
とにより、レンズおよび前記光学素子を、これら二つの
光学素子のアライメントすなわち位置調整が完了した１
つの光学素子ユニットとして取り扱うことができる。

【０００６】そのため、この光学ユニットを、他の光学
素子に組み込むについて、個々の独立した光学素子の組
立作業に比較して、そのアライメントすなわち位置調整
の箇所の削減が可能となり、またアライメント作業の簡
素化を図ることができ、これにより光学装置の精度向上
および信頼性の向上を図りかつ製造コストの低減を図る
ことが可能となる。

【０００７】レンズ基板に形成された受け入れ孔の深さ
寸法を、該レンズ基板のレンズの焦点位置に光学素子を
対応させるように、予め適正値に設定しておくことによ
り、単に、前記光学素子を前記受け入れ孔に適正に挿入
することにより、この光学素子と、レンズ基板のレンズ
との軸合わせの他、光学装置とレンズとのレンズ焦点方
向の位置調整を行うことができ、これにより、光学ユニ
ットを構成するレンズおよび光学素子の格別なアライメ
ントすなわち位置調整作業を不要とすることができる。

【０００８】レンズ基板の受け入れ孔に挿入される光学
素子として、光ファイバ、発光素子または受光素子等を
採用することができる。また、レンズ基板に形成される
レンズとして、研磨により形成される通常の形状レンズ
の他、計算機によるＣＡＤプログラムの実行によって求
められたマスクをエッチングマスクとするレンズ材料の
エッチング処理により得られる計算機ホログラム、イオ
ン交換法を利用して形成される屈折率分布型レンズある
いは使用波長に対して良好な透光性を示すフォトレジス
ト材料をレンズ基板に滴下して、これを加熱溶融させて
形成されたレンズ等、種々のレンズを採用することがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例１〉図１は、本発明に係る光学装置を示す。本
発明に係る光学装置１０は、図１に示されているよう
に、レンズ材料からなるレンズ基板１１と、該レンズ基
板に結合される光学素子１２とを含む。レンズ基板１１
のレンズ材料として、例えば石英、光学ガラス、光通信
に用いられる波長が１μｍ以上の光に対して透光性を示
すシリコンが用いられる。レンズ基板１１には、図示の
例では、円形レンズであるＣＧＨ（計算機ホログラム）
素子１３と、該ＣＧＨ素子に光学的に結合される光学素
子１２を受け入れるための円筒状の受け入れ孔１４とが
形成されている。光学素子１２は、図示の例では、コア
部１５およびクラッド部１６を備える従来よく知られた
光ファイバーであり、中心軸１７に沿う長手方向に一様
な円形断面を有し、その受光面１８に受けたレンズ基板
１１からの光を所望の場所に案内する作用をなす。

【００１０】ＣＧＨ素子１３は、レンズ基板１１の一方
の面１９に形成され、光軸２０上に焦点距離ｆを隔てる
焦点Ｏに集光させる凸状の集光レンズ機能を有する。こ
のようなＣＧＨ１３素子は、従来よく知られているよう
に、以下の順序に従って形成することができる。

【００１１】すなわち、所望の光学特性を示す光路差関
数ρ（ｘ，ｙ）を求め、この光路差関数ρ（ｘ，ｙ）を
例えばテイラー展開して光路差係数Ｃｎを求める。これ
らの光路差係数Ｃｎを用いたＣＡＤプログラムの実行に
よって所望の光学特性を示すＣＧＨ素子１３のための複
数のマスクを求める。これらのマスクを用いたフォトリ
ソグラフィによってエッチングマスクをレンズ基板１１
の面１９上に形成し、このエッチングマスクを用いた選
択的なエッチング処理により、レンズ基板１１上に所望
の光学特性を示す収差の少ないＣＧＨ素子１３が形成さ
れる。

【００１２】受け入れ孔１４は、レンズ基板１１の面１
９と反対側に位置する他方の面２１に開放し、この開放
端からＣＧＨ素子１３へ向けて伸び、レンズ基板１１内
で閉鎖する。受け入れ孔１４の中心軸２２は、ＣＧＨ１
３の光軸２０と一致する。受け入れ孔１４の内径ｄは、
該孔内に光ファイバー１２が径方向の遊びを持つことな
く受け入れられるように、光ファイバー１２の外径にほ
ぼ等しい。受け入れ孔１４の閉鎖面２３がＣＧＨ素子１
３の焦点Ｏの位置に一致するように、受け入れ孔１４の
深さ寸法Ｄが設定されている。

【００１３】従って、図示の例では、光学素子１２を、
その受光面１８が、受け入れ孔１４の閉鎖面２３に当接
するように、受け入れ孔１４に挿入することにより、光
学素子１２の光を受ける受光面１８を、ＣＧＨ素子１３
の焦点Ｏに配置させることができる。また、断面が円形
の光学素子１２は、受け入れ孔１４に、その径方向への
遊びを持つことなく受け入れられることから、光学素子
１２の光軸となる中心軸１７は、受け入れ孔１４の中心
軸２２に一致し、これにより、ＣＧＨ素子１３の光軸２
０と光学素子１２の光軸すなわち中心軸１７とを一致さ
せることができる。そのため、光学素子１２とＣＧＨ１
３との光学的な結合を容易に行うことができ、この結合
状態で、光学素子１２およびＣＧＨ１３の両者を、例え
ば固定接着材を用いて固定することにより、相互に位置
決めることができる。

【００１４】これにより、ＣＧＨ素子１３へ入射する平
行の光２４が、従来よく知られているように、ＣＧＨ１
３の焦点Ｏに集中する。焦点に集中した光は、焦点Ｏに
位置する光学素子１２の受光面１８から、光学素子１２
のコア部１５に導かれ、光学素子１２の長手方向に沿っ
て、所望の場所に案内される。

【００１５】このような光学装置１０は、予め光学素子
１２およびＣＧＨ１３を光学的に適正に結合するように
位置決めることにより、その両者１２および１３をユニ
ット化することができる。従って、ユニット化された光
学素子１２およびＣＧＨ素子１３を、光学装置１０とし
て、光学システムに組み込むことができる。このことか
ら、光学システムに光学素子１２およびＣＧＨ素子１３
を個別に組み込むことに比較して、両者１２および１３
の相互のアライメントすなわち位置調整が、不要となる
ことから、光学装置の製造でのアライメント作業の削除
および簡素化を図ることができ、光学装置の精度および
信頼性の向上を図ることができる。

【００１６】本発明に係る光学装置１０の受け入れ孔１
４を、ＣＧＨ素子１３の焦点Ｏを越えて、深く形成する
ことができる。しかしながら、光学素子１２を受け入れ
孔１４に挿入するときに、光学素子１２の受光面１８を
ＣＧＨ素子１３の焦点Ｏの位置に一致させるための調整
が必要となることから、アライメント作業の削除および
簡素化を図る上で、図示のとおり、受け入れ孔１４の深
さ寸法Ｄを、ＣＧＨ素子１３の焦点Ｏに対応させて設定
することが望ましい。

【００１７】〈具体例２〉図２は、本発明に係る他の光
学装置を示す。本発明に係る光学装置３０では、図２に
示されているように、レンズ基板１１に形成されたレン
ズとして、凸レンズからなる形状レンズ３１が用いられ
ている。形状レンズ３１は、従来よく知られているよう
に、研磨により、レンズ基板１１の一方の面１９に形成
され、光軸３２上に焦点距離ｆを隔てる焦点Ｏから発射
する光を平行光とする機能を有する。また、形状レンズ
３１に光学的に結合される光学素子として、発光素子３
３が用いられている。

【００１８】形状レンズ３１と発光素子３３とを、光学
的に結合させるために、円形の断面を有するアダプター
３４が採用されている。アダプター３４は、レンズ基板
１１の他方の面２１に当接可能な円柱形のベース部３５
と、該ベース部からこれに同軸的に且つ一体的に形成さ
れ、受け入れ孔１４内に受け入れられる円柱形の挿入部
３６とを備える。挿入部３６には、取り付け部３７が設
けられている。該取り付け部の先端には、例えば発光ダ
イオードからなる発光素子３３が、取り付けられてい
る。

【００１９】図示の例では、アダプター３４のベース部
３５がレンズ基板１１の他方の面２１に当接するよう
に、挿入部３６が受け入れ孔１４の孔内に挿入される。
挿入部３６の先端面の取り付け部３７に取り付けられた
発光素子３３が形状レンズ３１の焦点Ｏの位置にあるよ
うに、例えば挿入部３６の厚さ寸法および取り付け部の
長さ寸法が、適正に設定されている。

【００２０】従って、ベース部３５がレンズ基板１１の
他方の面２１に当接するように、挿入部３６を受け入れ
孔１４の孔内に挿入することにより、発光素子３３の発
光点を通る軸線３８すなわち光軸と形状レンズ３１の光
軸３２とを一致させ且つ発光素子３３の発光点を形状レ
ンズ３１の焦点Ｏの位置に位置させることができる。そ
のため、形状レンズ３１と発光素子３３との光学的な結
合を容易に行うことができる。この結合状態で、アダプ
ター３４をレンズ基板１１に固定することにより、形状
レンズ３１および発光素子３３の両者を、相互に位置決
めることができる。これにより、形状レンズ３１の焦点
Ｏに位置する発光素子３３からの光は、形状レンズ３１
を経て、従来よく知られているように、平行なコリメー
ト光となる。

【００２１】光学装置３０では、光学装置１０における
と同様に、予め形状レンズ３１および発光素子３３を光
学的に結合するように位置決めることにより、その両者
３１および３３をユニット化することができる。

【００２２】また、ユニット化された形状レンズ３１お
よび発光素子３３を用いて形成された光学装置３０から
得られたコリメート光を、光学装置１０のＣＧＨ素子１
３の入射光となるように、両装置３０および１０を組み
合わせることができる。これにより、光学システムの組
み立てを、一層容易に行うことができる。従って、光学
システムの組立てでのアライメント作業の削除および簡
素化を図ることができ、光学システムの精度および信頼
性の向上を図ることができる。

【００２３】前記したところでは、レンズ基板１１に形
成されるレンズとして、集光機能を有するＣＧＨ素子１
３および形状レンズ３１の例を示したが、これに代え
て、凹状レンズあるいは偏向機能を有するプリズムレン
ズを採用することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明に係る前記光学装置では、前記し
たように、レンズ基板１１に形成されたレンズの焦点距
離ｆを隔てる焦点Ｏに応じてレンズ基板１１の受け入れ
孔１４内に光学素子を位置決めることにより、レンズ基
板１１に形成されたレンズおよび受け入れ孔に挿入され
る光学素子を、これら二つのアライメントすなわち位置
調整が完了した一つの光学ユニットとして取り扱うこと
ができる。

【００２５】このことから、本発明によれば、この光学
ユニットを、他の光学素子に組み込むについて、個々の
独立した光学素子の組立作業に比較して、そのアライメ
ントすなわち位置調整の箇所の削減が可能となり、また
アライメント作業の簡素化を図ることができることか
ら、光学装置の精度向上および信頼性の向上を図りかつ
製造コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学装置を示す断面図である。

【図２】本発明に係る他の光学装置を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０、３０ 光学装置 １１ レンズ基板 １２、３３ 光学素子（光ファイバー、発光素子） １３、３１ レンズ（ＣＧＨ素子、形状レンズ） １４ 受け入れ孔 １７、３８ 光学素子の光軸 ２０、３２ レンズの光軸 ｆ レンズの焦点距離 Ｏ レンズの焦点

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズが形成されたレンズ基板と、前記
   レンズに光学的に結合される光学素子とを含み、前記レ
   ンズ基板には、前記光学素子の光軸を前記レンズの光軸
   に一致させて前記光学素子を受け入れるための受け入れ
   孔が形成されていることを特徴とする光学装置。
2. 【請求項２】 前記光学素子が前記レンズ基板に前記受
   け入れ孔内で適正位置に位置決められることにより、ユ
   ニット化されていることを特徴とする請求項１記載の光
   学装置。
3. 【請求項３】 前記受け入れ孔の深さ寸法は、前記レン
   ズの焦点位置に前記光学素子を対応させるべく、適正値
   に設定されていることを特徴とする請求項１記載の光学
   装置。
4. 【請求項４】 前記光学素子は、光ファイバ、発光素子
   または受光素子のいずれか一つである請求項１記載の光
   学装置。