JPH1172750A

JPH1172750A - 自由空間光配線用光学装置

Info

Publication number: JPH1172750A
Application number: JP24961297A
Authority: JP
Inventors: Hironori Sasaki; 浩紀佐々木
Original assignee: GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO; GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO SHIYORI KAIHATSU KIKO; Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO; GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJOHO SHIYORI KAIHATSU KIKO; Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】光学基板内での反射による損失が比較的少な
くレイアウトの自由度が高められる自由空間光配線用光
学装置を提供する。【解決手段】光の透過を許す光学基板１１と、光学基
板１１内に光源１２ａからの光を案内すべく該光学基板
に設けられ、光源１２ａからの光を平行化するコリメー
ト機能を有する第１のＣＧＨ素子１５と、該ＣＧＨ素子
を経た平行光を光学基板１１の外へ向けて集光させる集
光機能を有する第２のＣＧＨ素子１６とを備える自由空
間光配線用光学装置１０において、第１のＣＧＨ素子１
５から第２のＣＧＨ素子１６に至る光学基板１１内の光
路２０に、該光路を屈曲させるための偏向機能を有する
第３のＣＧＨ素子１８を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆるオプトエ
レクトロニクスの回路の一部として使用するのに好適な
自由空間光配線用光学装置に関し、特に、計算機ホログ
ラム（以下、単にＣＧＨ素子と称する。）を用いたパッ
ケージ型光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】オプトエレクトロニクス回路のコンパク
ト化のために、パッケージ型の自由空間光配線用光学装
置が提案されている。この自由空間光配線用光学装置
は、例えば光源側となるオプトエレクトロニクスチップ
モジュールと受光側となるオプトエレクトロニクスチッ
プモジュールとを光学的に結合するのに使用される。こ
れらのオプトエレクトロニクスチップモジュールは、光
電変換素子と電気論理回路とが半導体チップ上に集積化
して形成され、それぞれが独立した機能を有するサブシ
ステムを構成する。

【０００３】前記光学装置は、ガラスあるいはシリコン
のような光の波長に応じてその透過を許す光学基板を備
える。この光学基板の互いに平行な一対の平面の一方の
面には、光源側となる第１のオプトエレクトロニクスモ
ジュールチップ（以下、第１のモジュールチップと称す
る。）および受光側となる第２のオプトエレクトロニク
スモジュールチップ（以下、第２のモジュールチップと
称する。）がそれぞれ発光部および受光部を光学基板へ
向けて、固定的に配置される。

【０００４】光学基板の前記した一方の面には、第１の
チップモジュールおよび第２のチップモジュールにそれ
ぞれ対応して入射側となる第１のＣＧＨ素子および出射
側となる第２のＣＧＨ素子が設けられている。また、光
学基板の両平面には、第１のＣＧＨ素子を経て光学基板
内に案内された第１のチップモジュールからの光を光学
基板内でその板厚方向へ角度的に反射させて第２のＣＧ
Ｈ素子に導くための反射手段が適宜形成されている。

【０００５】従って、従来の前記した光学装置によれ
ば、第１のチップモジュールからの光は、第１のＣＧＨ
素子を経て光学基板内に案内され、さらに、該光学基板
の両平面に形成された反射手段により光学基板内のジク
ザグ経路に沿って、第２のＣＧＨ素子に案内され、この
第２のＣＧＨ素子を経て第２のチップモジュールに案内
されることから、両チップモジュールを光学的に結合す
ることができる。

【０００６】第１のチップモジュールからの光を受ける
光学素子および第２のチップモジュールへ光を放射する
光学素子として、ＣＧＨ素子が用いられている。ＣＧＨ
素子は、後述するように、所望の光学特性を示す光路差
関数から導き出されるテイラー展開近似式の光路差係数
をコンピュータ処理して得られるマスクパターンを用い
たレンズ材料のエッチング処理により形成される。

【０００７】このことから、所望の光学特性として、第
１のＣＧＨ素子に、光源である第１のチップモジュール
からの発散球面波光を平行光束に変換するコリメート機
能およびこの平行光束を第２のＣＧＨ素子の方向へ偏向
させる偏向機能という２つの光学機能を付与することが
でき、また第２のＣＧＨ素子に、平行光束を第２のチッ
プモジュールの受光部へ向けて偏向させる偏向機能およ
び当該受光部へ集光させる集光機能という２つの光学機
能を付与することができることから、これらＣＧＨ素子
を組み込んだ前記光学装置では、そのコンパクト化が可
能となる。

【０００８】ところで、ＣＧＨ素子の製造では、前記し
たとおりマスクパターンを用いたエッチング処理工程が
採用されており、このマスクパターンの最小線幅は、Ｃ
ＧＨ素子の性能に直接的な影響を受ける。すなわち、Ｃ
ＧＨ素子に偏向機能と、コリメート機能または集光機能
という２つの機能を多重的に付与しようとするとき、偏
向機能に大きな偏向角度を付与しようとすると、マスク
パターンの最小線幅は、フォトリソグラフィプロセスで
の解像度の限界を超える程に小さな値になることがあ
る。そのため、第１および第２のＣＧＨ素子に与える偏
向機能についてその偏向角度に製造上の強い制限を受け
ている。

【０００９】従来の前記装置では、第１のＣＧＨ素子で
偏向を受けた光は、新たな偏向を受けることなく直接的
に反射手段に導かれることから、反射手段での反射角
は、このＣＧＨ素子の偏向角度にのみ依存する。このた
めに、従来の前記装置では、第１および第２のＣＧＨ素
子の偏向角度が小さいと、反射手段による反射角度も小
さくなることから、所定の間隔をおいて配置された両Ｃ
ＧＨ素子間で、反射手段による光学基板の板厚方向への
反射の繰り返し回数が多くなり、その結果、反射損失が
大きくなる。従って、反射による光の損出を防止するに
は、でき得る限り、反射手段による反射回数を少なくす
ることが望ましい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たとおり、各ＣＧＨ素子の偏向角度には、製造上の制約
を受けることから、第１および第２のＣＧＨ素子に反射
回数の低減を図るほどに大きな偏向角度を与えることが
できない。また、これとは逆に、反射回数の増大を招く
ことなく両チップモジュールに対応して配置される両Ｃ
ＧＨ素子間の間隔を増大させることはできず、設計上、
チップモジュールのレイアウトに強い制約を受けること
があった。

【００１１】そこで、本発明は、光学基板内での反射に
よる損失が比較的少ない、あるいはレイアウトの自由度
を高めることのできる自由空間光配線用光学装置を提供
することを目的とする。

【００１２】

【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、光の透過を許す光学基板と、該光学
基板内に光源からの光を案内すべく該光学基板に設けら
れ、前記光源からの光を平行化するコリメート機能を有
する第１のＣＧＨ素子と、該ＣＧＨ素子を経た平行光を
前記光学基板の外へ向けて集光させる集光機能を有する
第２のＣＧＨ素子とを備える自由空間光配線用光学装置
において、第１のＣＧＨ素子から第２のＣＧＨ素子に至
る光学基板内の光路に、該光路を屈曲させるための偏向
機能を有する第３のＣＧＨ素子を配置したことを特徴と
する。

【００１３】〈作用〉本発明に係る自由空間光配線用光
学装置では、光源側からの光を平行化するコリメート機
能を有する第１のＣＧＨ素子と該第１のＣＧＨ素子によ
り平行化された平行光束を受光側へ集光させる集光機能
を有する第２のＣＧＨ素子との間に挿入された第３のＣ
ＧＨ素子が、第１および第２のＣＧＨ素子の偏向機能の
少なくとも一部を担う。このことから、第１および第２
のＣＧＨ素子に大きな偏向機能を担わせることなく、第
３のＣＧＨ素子に第１および第２のＣＧＨ素子の偏向機
能を分担させ、あるいは第３のＣＧＨ素子にのみ偏向機
能を担わせることができる。

【００１４】そのため、第１および第２のＣＧＨ素子に
従来のような大きな偏向機能を期待することなく、第３
のＣＧＨ素子の偏向機能により、光学基板内での光の偏
向角度を従来よりも大きくすることができる。これによ
り、第１および第２のＣＧＨ素子間の間隔を所定値に保
持させたとき、従来に比較して光学基板内での反射回数
を低減させることが可能となり、また反射回数を所定値
に保持したとき、第１および第２のＣＧＨ素子間の間隔
を従来に比較して大きく設定することが可能となる。

【００１５】従って、本発明によれば、反射による損失
の低減が防止され、あるいはレイアウトの自由度が高め
られた自由空間光配線用光学装置が提供される。

【００１６】前記光学基板は、従来におけると同様な互
いに平行な一対の平面を備える基板を用いることがで
き、その一方の平面に従来におけると同様に、第１およ
び第２のＣＧＨ素子を設けることができ、光学基板の前
記両平面の前記第１および第２のＣＧＨ素子領域を除く
部分に従来におけると同様な反射手段を設けることがで
きる（請求項２に対応）。

【００１７】前記第１および第２のＣＧＨ素子に偏向機
能を担わせず、コリメート機能のみを付与し、第３のＣ
ＧＨ素子をそれぞれ第１および第２のＣＧＨ素子の直下
で該各ＣＧＨ素子に対応して対をなして配置することが
できる（請求項３に対応）。光学基板内の屈折角度が、
第１および第２のＣＧＨ素子の偏向機能にのみ、依存し
ていた従来の前記装置では、第１および第２のＣＧＨ素
子による最大偏向角度は、光学基板がガラス材料からな
るとき、ほぼ１５度であったのに比し、本願によれば、
この第３のＣＧＨ素子に、偏向機能のみを付与すること
により、ほぼ４５度の最大偏向角度を得ることができ
る。

【００１８】第１および第２のＣＧＨ素子と、該各ＣＧ
Ｈ素子に対応する前記第３のＣＧＨ素子とに、光源から
の光を平行化するためのコリメート機能を分担させるこ
とができる（請求項４に対応）。このコリメート機能の
分担により、光源からの光を受ける第１のＣＧＨ素子の
開口面積の増大を図ることができ、これにより、光源か
らの捕捉光の増大を図ることができることから、光学装
置の特性を高めることができる。

【００１９】第１および第２のＣＧＨ素子に、第３のＣ
ＧＨ素子の偏向機能の一部を担わせることができる（請
求項５に対応）。第１および第２のＣＧＨ素子に偏向機
能の一部を担わせることにより、光学基板の第１および
第２のＣＧＨ素子が設けられたと反対側の平面に設けら
れた反射手段での反射光が第３のＣＧＨ素子に入射する
ように、この第３のＣＧＨ素子を光学基板の第１および
第２のＣＧＨ素子が設けられたと同一側の平面に設ける
ことができ、光学基板の一方の平面への加工作業により
第１、第２および第３のＣＧＨ素子を一括的に形成する
ことが可能となる。

【００２０】第３のＣＧＨ素子が対をなして配置される
とき、対をなす複数組の第３のＣＧＨ素子を第１および
第２ＣＧＨ素子間に配置することができる（請求項６に
対応）。この複数組の対を構成する第３のＣＧＨ素子を
適用することにより、第１および第２のＣＧＨ素子間の
長距離に対応することが可能となる。また、反射回数の
低減を図ることが可能となる。

【００２１】また、一対の第３のＣＧＨ素子のそれぞれ
に集光機能を与えることにより、この一対の第３のＣＧ
Ｈ素子により、第１および第２のＣＧＨ素子間に、リレ
ーレンズ系を挿入することができる（請求項７に対
応）。このリレーレンズ系の挿入により、前記したと同
様な第１および第２のＣＧＨ素子間の長距離化に対応す
ることが可能となる。また、反射回数の低減を図ること
が可能となる。さらに、リレーレンズ系の結像作用によ
り、回折による像の拡大現象を効果的に抑制することが
できる。

【００２２】対をなす複数のリレーレンズ系を対称的
に、第１および第２のＣＧＨ素子間に挿入することがで
きる（請求項８に対応）。

【００２３】さらに、リレーレンズ系を構成する第３の
ＣＧＨ素子に、それぞれが複数の第１および第２のＣＧ
Ｈ素子により規定される複数の光路の光に対して、一括
的に作用するような大口径を与えることにより、リレー
レンズ系をいわゆるハイブリッドで構成することができ
る。また、一対のリレーレンズ系間に、さらに偏向機能
を有する他の第３のＣＧＨ素子を挿入することができ
る。

【００２４】本発明の実施の形態についての説明に先立
ち、本発明に係るＣＧＨ素子の製造手順を概説する。Ｃ
ＧＨ素子の製造には、ＣＡＤが用いられており、所望の
回折光学特性を示すＣＧＨ素子内での光の位相差関数が
求められる。この位相差関数は、光路差関数ρ（ｘ，
ｙ）と呼ばれている。光路差関数ρ（ｘ，ｙ）は、次式 ρ（ｘ，ｙ）＝ΣＣ_Nｘ^mｙⁿ …（１）で示される多項式に変換される。この多項式（Ｃ_Nｘ^mｙ
ⁿ ）の係数Ｃ_Nは、光路差係数と呼ばれている。ｎおよ
びｍはそれぞれ正の整数であり、この係数Ｃ_Nは位相係
数とも呼ばれている。Ｎとｍ、ｎとの間には、次式Ｎ＝｛（ｍ＋ｎ）² ＋ｍ＋３ｎ｝／２ …（２）が成り立つ。

【００２５】この光路差係数Ｃ_N を２次元テイラー展開
により求めたテイラー展開近似式の各項係数として求
め、ＣＡＤプログラムに代入することにより、フォトリ
ソグラフィによって所望形状を得るのに必要なフォトリ
ソグラフィ用マスクのパターンを生成させることができ
る。このようなＣＡＤプログラムの一例として、アメリ
カ合衆国カリフォルニア州に在るNIPT社のＣｇｈＣＡＤ
がある。

【００２６】このＣＡＤプログラムでは、データ処理の
容量の関係から、ｍとｎとの和が１０以下であり、かつ
Ｎが６５以下である条件が付されている。従って、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）の各光路差係数Ｃ_N （Ｃ₀ 〜Ｃ
₆₅）を求めた後、そのデータをＣＡＤプログラムに入力
することにより、所望の回折光学特性を示すＣＧＨ素子
のためのマスクパターンを求めることができる。

【００２７】各位相係数Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅は、２次元光路差関
数ρ（ｘ，ｙ）をｘ軸およびｙ軸に関して２次元テイラ
ー展開し、その１０次の項までの近似式から、求めるこ
とができる。この関係が、図２に示された式（３）で表
されている。式（３）の右辺の第２項のΔは、テイラー
展開の余剰項であり、無視し得る程に十分に小さな値で
ある。

【００２８】図３ないし図９は、式（３）を展開して求
めた各位相係数Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅、すなわち光路差係数Ｃ₀ 〜
Ｃ₆₅を、光路差関数の一般式ρ（ｘ，ｙ）の関係式とし
て、整理して示す説明図である。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）から、図３〜図９に示す光路差係数すなわち
位相係数Ｃ₀ 〜Ｃ₆₅を求め、これらの値を前記したＣＡ
Ｄプログラムに入力することにより、所望の回折光学特
性を示す計算機ホログラムのためのマスク条件を求める
ことができる。このマスクパターンに沿って、必要枚数
のマスクを製作し、これらのマスクの組み合わせによる
フォトリソグラフィ法を用いたレンズ材料のエッチング
処理により、所望の回折光学特性を示すＣＧＨ素子が得
られる。

【００２９】

【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概略的に
示す断面図である。本発明に係る光学装置１０は、例え
ば光学ガラス材料からなり、互いに平行な一対の平面１
１ａおよび１１ｂを有する平板状の光学基板１１を備え
る。光学基板１１は、取り扱う光の波長に応じて、その
波長に対して高い透光性を示す材料、例えばシリコン基
板等を用いることができる。

【００３０】光学基板１１の一方の平面１１ａすなわち
表面１１ａには、例えば光源側となる第１のチップモジ
ュール１２と、受光側となる第２のチップモジュール１
３とが、それぞれの発光部１２ａおよび受光部１３ａを
光学基板１１に対向させるように、かつ相互に間隔をお
くように、それぞれのバンプ１４を介して、位置決めら
れている。各バンプ１４は、従来よく知られているよう
に、光学基板１１の表面１１ａに形成された図示しない
プリント配線部に接続されることにより、各チップモジ
ュール１２および１３の接続端子を兼ねている。

【００３１】光学基板１１の表面１１ａには、光源たる
第１のチップモジュール１２の発光部１２ａからの球面
発散光を受ける第１のＣＧＨ素子１５が発光部１２ａの
直下に位置するように、形成されている。また、表面１
１ａの第２のチップモジュール１３の受光部１３ａの直
下には、第２のＣＧＨ素子１６が形成されている。

【００３２】第１および第２のチップモジュール１２お
よび１３が形成された表面１１ａのこれらモジュール１
２および１３を除く領域には、例えば多層構造を有する
誘電体膜からなる反射手段１７ａが形成されている。さ
らに、光学基板１１の他方の平面である裏面１１ｂに
は、表面１１ａに形成されたと同様な反射手段１７ｂが
ほぼ一様に形成されている。これら反射手段１７ａおよ
び１７ｂは、例えばアルミニゥムのような金属薄膜で構
成することができる。

【００３３】また、光学基板１１の裏面１１ｂにおける
各ＣＧＨ素子１５および１６の直下位置には、反射手段
１７ｂの形成領域に重複して、それぞれ第３のＣＧＨ素
子１８および１９が形成されている。各第３のＣＧＨ素
子１８および１９は光学基板１１に埋設されるように、
その裏面１１ｂに形成されており、各第３のＣＧＨ素子
１８および１９を覆うように、反射手段１７ｂが形成さ
れている。

【００３４】第１のＣＧＨ素子１５は、発光部１２ａか
らの球面発散光を平行化するコリメート機能を有し、図
１に示す具体例１では、偏向機能を与えられていない。
従って、発光部１２ａからの発散光は、第１のＣＧＨ素
子１５を経ることにより、該第１のＣＧＨ素子の直下に
配置された一方の第３のＣＧＨ素子１８への平行光束に
変換される。

【００３５】第１のＣＧＨ素子１５からの平行光束を受
ける第３のＣＧＨ素子１８は、偏向機能のみを与えられ
ている。従って、第３のＣＧＨ素子１８は、比較的大き
な偏向角度θ１で第１のＣＧＨ素子１５からの平行光束
をその進行方向に偏向させるが、この第３のＣＧＨ素子
１８の表面を覆う反射手段１７ｂにより、その反射面を
中心とする対称方向へ反射される。

【００３６】その結果、第１のＣＧＨ素子１５からの平
行光束は、偏向角度θ１で光学基板１１の表面１１ａへ
向けて屈折される。表面１１ａへ向けて屈折された平行
光束は、両チップモジュール１２および１３の中間位置
を通る仮想線Ｃの横断位置で、反射手段１７ａにより角
度θ２で反射を受ける。反射手段１７ａで反射を受けた
平行光束は、第２のＣＧＨ素子の直下に配置された他方
の第３のＣＧＨ素子１９へ向けられる。

【００３７】反射手段１７ａからの反射平行光束を受け
る他方の第３のＣＧＨ素子１９は、一方の第３のＣＧＨ
素子１８と光学的に等価であり、その表面を覆う反射手
段１７ｂと共同して、角度θ１で入射する反射手段１７
ａからの平行光束を第３のＣＧＨ素子１９の直上に配置
された第２のＣＧＨ素子１６に案内する。

【００３８】第３のＣＧＨ素子１９から平行光束を受け
る第２のＣＧＨ素子１６は、第１のＣＧＨ素子１５にお
けると同様に、偏向機能を与えられておらず、光学基板
１１の外方に位置する第２のチップモジュール１３の受
光部１３ａへ平行光束を集光させるための集光機能のみ
が与えられている。

【００３９】従って、光学基板１１内には、両チップモ
ジュール１２および１３の中間位置を通る仮想線Ｃを対
称軸とする対称的な光路が形成される。

【００４０】前記したような対称的な光路を規定するた
めの第１のＣＧＨ素子１５と第２のＣＧＨ素子１６と
は、光学的に等価であり、また両第３のＣＧＨ素子１８
および１９は、光学的に相互に等価である。

【００４１】図１０は、第１のＣＧＨ素子１５の光学特
性を示す説明図である。説明の簡素化のために、ＣＧＨ
素子１５は、ｚ軸上にあり、その厚さ寸法は、無視でき
る程に充分に小さな値とする。この仮定は、位相係数Ｃ
_N の算出の上で、一般性を損なうものではない。ＣＧＨ
素子１５は、図１０に示されているように、ｚ軸上の点
光源ｓからの発散球面を、ｚ軸と平行な平行光束に変換
する。

【００４２】第１のＣＧＨ素子１５の光路差関数ρ
（ｘ，ｙ）は、次式で与えられる。 ρ（ｘ，ｙ）＝（Ｘ²+Ｙ²+Ｌ²）^1/2-Ｌ …（５）ここで、Ｌは光源から原点までの距離であり、焦点距離
ｆに等しい。

【００４３】第１のＣＧＨ素子１５のための位相係数Ｃ
_N は、式（５）を図３〜図９に示した式（４−０）〜式
（４−６５）に代入することにより、得られる。図１１
および図１２には、それらの演算結果が、零の値の項を
除く各項Ｃ_N を整理して示されている。

【００４４】図１１および１２に示された光路差係数す
なわち位相係数Ｃ_N を用いたＣＡＤプログラムの実行に
より、第１のＣＧＨ素子１５のためのマスクデータを得
ることができ、そのマスクを用いて第１のＣＧＨ素子１
５が形成される。

【００４５】第２のＣＧＨ素子１６は、図１０に示す光
学特性について、入射側と出射側とを反転する、すなわ
ち点光源ｓを結像点とすることにより、第１のＣＧＨ素
子１５に等価と見なせる。従って、第２のＣＧＨ素子１
６は、前記した第１のＣＧＨ素子１５と同様に、得るこ
とができる。

【００４６】次に、図１３に第３のＣＧＨ素子１８の光
学特性を示す。図１０におけると同様に、説明の簡素化
のために、ＣＧＨ素子１８は、ｚ軸上にあり、その厚さ
寸法は、無視できる程に充分に小さな値とする。ＣＧＨ
素子１８は、図１０に示されているように、原点を通り
かつＸ軸およびＹ軸を含む平面内にあると仮定する。Ｃ
ＧＨ素子１８への入射平行光束は、ｚ軸に平行であり、
出射平行光束は、原点を通るベクトル成分（α、β、
γ）に平行である。

【００４７】この第３のＣＧＨ素子１８の光路差関数ρ
（ｘ，ｙ）は次式、

【００４８】 ρ（ｘ，ｙ）＝−（αｘ＋βｙ）/(α² ＋β²＋γ²)^1/2 …（６）で表される。従って、式（６）を図３〜図９に示した式
（４−０）〜式（４−６５）に代入することにより、第
３のＣＧＨ素子１８のための位相係数Ｃ_N が求められ
る。図１４には、それらの演算結果が、零の値の項を除
く各項Ｃ_N を整理して示されている。

【００４９】図１４に示された光路差係数すなわち位相
係数Ｃ_N を用いたＣＡＤプログラムの実行により、一方
の第３のＣＧＨ素子１８のためのマスクデータを得るこ
とができ、そのマスクを用いて第３のＣＧＨ素子１８が
形成される。

【００５０】また、他方の第３のＣＧＨ素子１９につい
ての光路差関数ρ（ｘ，ｙ）は、式（６）の右辺の符号
を負から正に変換することにより得られる。従って、Ｃ
ＧＨ素子１８を得ると同様な手順により、第３のＣＧＨ
素子１９を得ることができる。

【００５１】前記した具体例１の光学装置１０では、第
１のＣＧＨ素子１５および第２のＣＧＨ素子１６には、
偏向機能が与えられておらず、第１のＣＧＨ素子１５に
ついては発散光を平行化するコリメート機能が与えられ
ており、また第２のＣＧＨ素子１６については、平行光
束を集光する機能が与えられている。また、第３のＣＧ
Ｈ素子１８および１９には、偏向機能のみが与えられて
いる。このような単一機能を有するＣＧＨ素子を得るた
めの前記したマスクパターンの最小幅は、複合機能を有
するそれに比較して大きな値を示す。

【００５２】そのため、第１のＣＧＨ素子にコリメート
機能および偏光機能を付与する従来装置では、第１のＣ
ＧＨ素子の最大偏向角度が約１５度であり、この偏向角
によって光学基板内の反射角度が規定されていた。

【００５３】これに対し、本願発明では、偏向機能を有
する第３のＣＧＨ素子１８および１９は、偏向機能のみ
を与えられていることから、その偏向角θ１を従来のそ
れより大きく設定しても、この第３のＣＧＨ素子１８お
よび１９を得るためのマスクパターンの最小幅寸法は、
このマスクパターンを使用して行うフォトリソグラフィ
プロセスでの解像度を越えるほどに小さくなることはな
い。

【００５４】このことから、本発明に係る第３のＣＧＨ
素子１８および１９では、約４５度を越える大きな値の
偏向角度を設定することが可能となる。従って、第１の
チップモジュール１２および第２のチップモジュール１
３間の光学基板１１内での光路２０を経るについて、図
中波線で示す従来の光路２１に比較して、反射手段１７
ａおよび１７ｂによる反射回数の低減をはかることによ
り、反射損失の低減を図ることが可能となる。

【００５５】また、これとは逆に、反射回数を同一に保
持することにより、第１のチップモジュール１２および
第２のチップモジュール１３間の距離を従来よりも大き
く設定することができ、これにより、レイアウトの自由
度が増す。

【００５６】さらに、第１のＣＧＨ素子１５および第２
のＣＧＨ素子１６についても、偏向機能が与えられてい
ないことから、第３のＣＧＨ素子におけると同様、マス
クパターンの最小幅寸法を増大させることができること
から、レンズの開口面積を従来に比較して大きく設定す
ることが可能となる。これにより、従来よりも開口数の
大きな光源に適応させることが可能となる。

【００５７】〈具体例２〉図１５に示す具体例２の光学
装置１１０は、各ＣＧＨ素子１５、１６、１８および１
９の光学特性についての後述する相違点を除いて、基本
的には、具体例１と同様な構成を有する。具体例１に示
された光学装置１０と同様な機能部分には、これと同一
の参照符号が付されている。

【００５８】図１６は、具体例２のＣＧＨ素子１５およ
び１８の光学特性を示す説明図である。具体例１におけ
る第１のＣＧＨ素子１５は、その焦点距離ｆに等しい距
離Ｌを隔てた点に光源ｓが位置した。これに対し、具体
例２では、焦点距離ｆよりも短い距離Ｌに光源ｓが配置
されている。そのため、具体例２の第１のＣＧＨ素子１
５についての光路差関数ρ（ｘ，ｙ）は、その焦点距離
をｆとすると、次式で与えられる。 ρ（ｘ，ｙ）＝（Ｘ²+Ｙ²+ｆ²）^1/2-ｆ …（７）

【００５９】第１のＣＧＨ素子１５のための位相係数Ｃ
_N は、式（７）を図３〜図９に示した式（４−０）〜式
（４−６５）に代入して得られる。図１７および図１８
には、それらの演算結果が、零の値の項を除く各項Ｃ_N
を整理して示されている。

【００６０】従って、前記したと同様な手順によって求
められたマスクパターンを用いたフォトリソプロセスに
より、第１のＣＧＨ素子１５が形成される。また、この
ＣＧＨ素子１５と光学的に等価の第２のＣＧＨ素子１６
は、このＣＧＨ素子１５と同様に、形成することができ
る。

【００６１】具体例２では、図１５および図１６に示し
たとおり、焦点距離ｆよりも短い距離Ｌで光源ｓからの
発散光を受ける。そのため、第１のＣＧＨ素子１５から
第３のＣＧＨ素子１８へ向かう光は完全な平行光束とは
ならずに、僅かな広がり角度で拡がる発散光となる。

【００６２】具体例２では、第１のＣＧＨ素子１５のコ
リメート機能の不足を第２のＣＧＨ素子１６で補う。す
なわち、第２のＣＧＨ素子１６には、具体例１に示した
ＣＧＨ素子１６の偏向機能に加えて、距離ｌを隔てた光
源からの光を平行光束に変換するコリメート機能が付加
されている。

【００６３】この補助コリメート機能を与えられた第２
のＣＧＨ素子１６がその中心をｚ軸に一致させ、ｘ−ｙ
平面上にあるとすると、図１６を参照するに、第２のＣ
ＧＨ素子１６は、虚像点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）からの発散球面
波を平行化すなわちコリメート化した後、（α、β、
γ）方向に偏向させる。この第２のＣＧＨ素子１６の光
路差関数ρ（ｘ，ｙ）は、次式で示される。

【００６４】 ρ(x,y)=｛(X-x)²+(Y-y)²+Z²｝^1/2-ｌ-(αx+βy)/(α²+β²+γ²)^1/2…（８）ここで、虚像点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）から第２のＣＧＨ素子１
６の中心までの距離ｌは、次式で示される。 l ＝（Ｘ²＋Ｙ²＋Ｚ²）^1/2 …（９）

【００６５】従って、第２のＣＧＨ素子１６のための位
相係数Ｃ_N は、式（８）を図３〜図９に示した式（４−
０）〜式（４−６５）に代入して得られる。図１９〜図
２４には、それらの演算結果が、各項Ｃ_N を整理して示
されている。

【００６６】従って、前記したと同様な手順によって求
められたマスクパターンを用いたフォトリソプロセスに
より、第２のＣＧＨ素子１６が形成される。また、他方
の第３のＣＧＨ素子１９は、一方の第３のＣＧＨ素子１
８についての光路差関数ρ（ｘ，ｙ）の式（８）の右辺
の第３項の符号を負から正に変換することにより得られ
る。従って、ＣＧＨ素子１８を得ると同様な手順によ
り、他方の第３のＣＧＨ素子１９を得ることができる。

【００６７】具体例２の光学装置１１０によれば、第３
のＣＧＨ素子１８および１９に偏向機能に加えて、補助
的にコリメート機能が付加されることから、具体例１に
おけるほどに大きな偏向角を確保することはできない。
しかしながら、具体例２によれば、従来に比較して、十
分に大きな偏向角度を確保することができる上、第１の
ＣＧＨ素子１５の実質的な開口面積の増大を図ることが
できることから、光源ｓからの光束の捕捉をより有効に
行うことができ、これにより光学装置１０の光学特性の
向上を図ることができる。

【００６８】〈具体例３〉図２５に示す具体例３の光学
装置１２０では、第１のＣＧＨ素子１５および第２のＣ
ＧＨ素子１６に、従来におけると同様に、コリメート機
能または集光機能に加えて、偏向機能が付加されてい
る。また、光路２０に配置される第３のＣＧＨ素子１８
および１９は、光学基板１１の第１のＣＧＨ素子１５お
よび１６が配置された面と同一の表面１１ａに形成され
ている。

【００６９】図２６は、具体例３に示された第１のＣＧ
Ｈ素子１５の光学特性を示す説明図である。図２６に示
す第１のＣＧＨ素子１５は、ｚ軸上の点光源ｓからの発
散球面波を原点を通る所望の光のベクトル成分（α、
β、γ）に平行な平行光束に変換する。点光源ｓは、Ｚ
軸上で原点から距離Ｌを隔てた位置に存在する。この第
１のＣＧＨ素子１５の光路差関数ρ（ｘ，ｙ）は、次式
で与えられる。

【００７０】 ρ（ｘ，ｙ）＝(x²+y²+L²)^1/2-L-（αx+βy ）/(α²+β²+γ²)^1/2 …（１０）式（１０）でＬは光源から原点までの距離であり、焦点
距離ｆに等しい。この式（１０）で表される光路差関数
を図３〜図９の各式（４−０）〜式（４−６５）に代入
して、得られた結果が図２７に整理して示されている。

【００７１】従って、図２７に示された光路差係数すな
わち位相係数Ｃ_N を用いたＣＡＤプログラムの実行によ
り、第１のＣＧＨ素子１５のためのマスクデータを得る
ことができ、そのマスクを用いて第１のＣＧＨ素子１５
が形成される。また、このＣＧＨ素子１５と等価の第２
のＣＧＨ素子１６も同様に、形成される。

【００７２】再び図２５を参照するに、第１のチップモ
ジュール１２の発光部１２ａからの球面発散光は、第１
のＣＧＨ素子１５を経ることにより、該ＣＧＨ素子のコ
リメート機能により平行光束に変換され、また偏向機能
により偏向を受ける。第１のＣＧＨ素子１５を経て偏向
を受けた平行光束は、反射手段１７ｂにより第３のＣＧ
Ｈ素子１８に入射する。

【００７３】この反射手段１７ｂからの平行光束を受け
る第３のＣＧＨ素子１８の光学特性が図２８に示されて
いる。図２８に示される特性を有する第３のＣＧＨ素子
１８は、任意の偏向角度を持つ平行光束を任意の偏向角
度を持つ平行光束に偏向するプリズムと同じ機能を果た
す。入射平行光束は、原点を通る光のベクトル成分（α
₁ 、β₁ 、γ₁ ）に平行であり、出射平行光束は、原点
を通るベクトル成分（α₂ 、β₂ 、γ₂ ）に平行であ
る。

【００７４】この第３のＣＧＨ素子１８の光路差関数ρ
（ｘ，ｙ）は次式、 ρ（ｘ，ｙ）＝（α₁x+ β₁y）/(α₁ ²+ β₁ ²+ γ₁ ²)^1/2−（α₂x+ β₂y）/(α ₂ ² + β₂ ²+ γ₂ ²)^1/2 …（１１）で表される。

【００７５】式（１１）を式（４−０）〜式（４−６
５）に代入して光路差関数ρ（ｘ，ｙ）についての各光
路差係数の演算結果を整理すると、式（１１）は、ｘお
よびｙの１次式であることから、それらの偏微分によっ
て得られる項は、図２９に示されるとおり、項Ｃ₀ 〜Ｃ
₂ に過ぎない。

【００７６】従って、図２９に示される光路差係数Ｃ₀
〜Ｃ₂ の各値を光路差係数Ｃ_N として、前記したと同様
なＣＡＤプログラムの実行により、第３のＣＧＨ素子１
８のためのマスクパターンのデータが得られる。

【００７７】前記したようなプリズム機能すなわち偏向
機能を有する第３のＣＧＨ素子１８により、該ＣＧＨ素
子に入射する平行光束を比較的大きな偏向角度で偏向さ
せることができ、また第３のＣＧＨ素子１８を覆う反射
手段１７ａにより、再び反射手段１７ｂへ向けて反射さ
れる。

【００７８】反射手段１７ａに向けての反射光は、再
度、反射手段１７ｂにより反射を受けて他方の第３のＣ
ＧＨ素子１９に入射する。このＣＧＨ素子１９での偏向
および反射手段１７ａによる反射による光経路２０は、
中心線Ｃを対称軸として、対称的に形成される。

【００７９】従って、一方の第３のＣＧＨ素子１８と対
をなす他方の第３のＣＧＨ素子１９は、ＣＧＨ素子１８
におけると同様な手順により、形成することができ、ま
た第１のＣＧＨ素子１５と光学的に等価な第２のＣＧＨ
素子１６は第１のＣＧＨ素子１５と同様に形成される。

【００８０】図２５に示す具体例３の光学装置１２０で
は、第１および第２のＣＧＨ素子１５および１６が従来
におけると同様に、偏向機能を有する。しかしながら、
光学基板１１内の光路２０に、偏向機能を有する第３の
ＣＧＨ素子１８および１９が配置されていることから、
第１のＣＧＨ素子１５および第２のＣＧＨ素子１６の偏
向機能にのみ依存することなく、光学基板１１内での光
路２０の屈折角を第３のＣＧＨ素子１８および１９の偏
向機能により、反射角の規制を受けることなく、大きく
設定することができる。

【００８１】また、具体例３では、第１のＣＧＨ素子１
５、第２のＣＧＨ素子１６、第３のＣＧＨ素子１８およ
び１９の各ＣＧＨ素子が光学基板１１の表面１１ａに形
成されている。従って、光学基板１１の両面にＣＧＨ素
子のための加工を施す必要はなく、エッチング技術によ
り、表面１１ａに各ＣＧＨ素子１５、１６、１８および
１９を一括的に形成することができることから、製造工
程の簡素化を図ることが可能となる。

【００８２】〈具体例４〉図３０は、具体例４の光学装
置１３０を部分的に拡大して示す。具体例３では、第１
のＣＧＨ素子１５および第２のＣＧＨ素子１６間の光路
２０に、一対の第３のＣＧＨ素子１８および１９を挿入
した例を示したが、さらに、一対の第３のＣＧＨ素子１
８および１９間に、同様な対をなす第３のＣＧＨ素子１
８′および１９′を挿入することができる。

【００８３】具体例４では、第３のＣＧＨ素子１８は入
射角度θ１で入射する平行光束を出射角度θ２に偏向さ
せる。また、第３のＣＧＨ素子１８′は入射角度θ２で
入射する平行光束を出射角度θ３に偏向させる。また、
第３のＣＧＨ素子１９および１９′は、中心線Ｃを対称
軸とする対称的な光路２０が形成されるように、偏向機
能が与えられている。

【００８４】３組以上の対をなす第３のＣＧＨ素子を用
いることができ、対をなす第３のＣＧＨ素子を多段配置
することにより、より有効的に、反射回数の低減あるい
は第１のチップモジュール１２および第２のチップモジ
ュール１３間の結合長距離の増大を図ることができる。

【００８５】〈具体例５〉具体例１〜４では、第３のＣ
ＧＨ素子が１本の平行光束を偏向させる例を示したが、
具体例５の光学装置１４０として図３１に示されている
ように、複数の平行光束により、相互に平行な光路２０
（２０ａ、２０ｂおよび２０ｃ）が取り扱われるとき、
各第３のＣＧＨ素子１８および１９を、いわゆるハイブ
リッド構成とすることにより、これらの複数の平行光束
を一括的に偏向させることができる。

【００８６】〈具体例６〉図３２に示す具体例６の光学
装置１５０では、一対の第３のＣＧＨ素子１８および１
９がリレーレンズ系を構成する。このリレーレンズ系を
構成する第３のＣＧＨ素子１８および１９は、図３３
（ａ）に示されるとおり、第１のＣＧＨ素子１５および
第２のＣＧＨ素子１６との共焦条件を満たす。

【００８７】共焦条件を満たす光学系の光線行列式が図
３３（ｂ）に示されている。従って、発光部１２ａから
の発散光を平行化するコリメート機能を有する第１のＣ
ＧＨ素子１５と、平行光束を受光部１３ａへ集光する集
光機能を有する第２のＣＧＨ素子１６との間に、焦点距
離ｆを有する両第３のＣＧＨ素子１８および１９を、図
３３（ａ）に示されるとおり配置することにより、前記
したリレーレンズ系を構成することができる。

【００８８】具体例６の光学装置１５０では、第１のＣ
ＧＨ素子１５および第２のＣＧＨ素子１６は、前記した
コリメート機能または集光機能に加えて、偏向機能を有
する。このようなＣＧＨ素子１５および１６は、図２５
に示した具体例３における第１のＣＧＨ素子１５および
第２のＣＧＨ素子１６と同様であり、具体例３について
説明したと同様な手順により、形成することができる。

【００８９】具体例６の第３のＣＧＨ素子１８および１
９は、前記した焦点距離ｆで集光する集光機能に加え
て、偏向機能を有する。図３４は、このＣＧＨ素子１８
の光学特性を示す。具体例６における第３のＣＧＨ素子
１８は、図３４に示されるとおり、点光源ｓからの発散
球面波を平行光束に変換する機能を有する。ＣＧＨ素子
１８がｘ−ｙ面上でｚ軸に中心を一致させて配置されて
おり、座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に位置する点光源ｓからの発
散光が、原点を通るベクトル成分（α、β、γ）で表さ
れる平行光束に変換されるとすると、第３のＣＧＨ素子
１８の光路差関数ρ（ｘ，ｙ）は、次式

【００９０】 ρ(x,y)=｛(X-x)²+(Y-y)²+Z²)｝^1/2-ｆ-(αx+βy)/(α²+β²+γ²)^1/2 …（１２）ここで、原点から点光源ｓまでの距離ｆは、次式で示さ
れる。ｆ＝（Ｘ²＋Ｙ²＋Ｚ²）^1/2 …（１３）

【００９１】従って、第３のＣＧＨ素子１８のための位
相係数Ｃ_N は、前記した例におけると同様に、式（１
２）を図３〜図９に示した各式に代入して得られる。図
３５〜図４０にそれらの演算結果が整理して示されてい
る。この演算結果を用いた前記したと同様な手順によ
り、第３のＣＧＨ素子１８を得ることができる。また、
この第３のＣＧＨ素子１８を得たと同様な手順により、
第３のＣＧＨ素子１９を得ることができる。

【００９２】一対の第３のＣＧＨ素子１８および１９に
より、前記したようなリレーレンズ系を構成することに
より、より有効に光路２０の長さを増大させることがで
き、あるいは反射手段１７ａおよび１７ｂによる反射回
数の低減を図ることができる。また、第１のＣＧＨ素子
１５および第２のＣＧＨ素子１６の開口が数百ミクロン
以下という小径レンズのとき、回折の影響が大きくなる
が、リレーレンズ系を用いることにより、結像によって
回折の影響を最小限に抑制することが可能となる。

【００９３】具体例６では、第３のＣＧＨ素子１８およ
び第３のＣＧＨ素子１９からなるリレーレンズ系に第１
のＣＧＨ素子１５からのコリメート光が入射する例を示
したが、後述する例をも含み、共焦条件を満たすリレー
レンズ系では、結像作用を有することから、完全に平行
化が図られていない光束に対しても有効に適用させるこ
とができる。

【００９４】〈具体例７〉図４１は、第１のＣＧＨ素子
１５および第２のＣＧＨ素子１６間に複数のリレーレン
ズ系を挿入した具体例７の光学装置１６０を示す。図４
２に示されているように、発光部１２ａからの発散光を
平行光束に変換する第１のＣＧＨ素子１５と平行光束を
受光部１３ａに集光させる第２のＣＧＨ素子１６との間
に、１組の第３のＣＧＨ素子１８および１８′と、他の
１組の第３のＣＧＨ素子１９および１９′とからなる２
つのリレーレンズ系が直列的に挿入されている。各組ご
とで、図４２に示されるとおり、図３３の具体例６で説
明したとおりの共焦条件（ｆ１、ｆ２）をそれぞれ満た
す。また、第３のＣＧＨ素子１８および１９と、第３の
ＣＧＨ素子１８′および１９′とは、中心線ｃを対称軸
として対称的な光路２０が形成されるように、それぞれ
の偏向角度が設定される。

【００９５】一対の第３のＣＧＨ素子１８および１９間
に、各ＣＧＨ素子１８または１９とリレーレンズを構成
する第３のＣＧＨ素子１８′および１９′を挿入するこ
とにより、このＣＧＨ素子１８′および１９′の偏向作
用により、反射手段１７ａに依存する反射角に比較し
て、さらに大きな屈折角度を設定することができる。

【００９６】〈具体例８〉図４３は、リレーレンズ系に
具体例５で示したと同様なハイブリッド構成を適用した
具体例８を示す。具体例８の光学装置１７０では、図４
４に示されているように、各発光部１２ａからの複数の
光路２０（２０ａ、２０ｂおよび２０ｃ）を経る各平行
光束は、共焦条件（焦点距離ｆ）を満たす第３のＣＧＨ
素子１８および第３のＣＧＨ素子１９により、一括的に
取り扱われる。

【００９７】〈具体例９〉図４５は、リレーレンズ系
に、偏向機能を有する一対のＣＧＨ素子を挿入した具体
例９を示す。具体例９の光学装置１８０では、図４５お
よび図４６に示されているように、発光部１２ａからの
球面発散光が第１のＣＧＨ素子１５により平行光束に変
換さかつ偏向を受ける。また、平行光束は第２のＣＧＨ
素子１６により、受光部１３ａへ向けて偏向を受けかつ
集光される。

【００９８】この両ＣＧＨ素子１５および１６間に、偏
向機能を有する第３のＣＧＨ素子１８および１９によ
り、前記したと同様な共焦条件（焦点距離ｆ）を有する
リレーレンズ系が構成されている。さらに、このリレー
レンズ系を構成する第３のＣＧＨ素子１８および１９間
に、偏向機能を有する一対の第３のＣＧＨ素子１８′お
よび１９′が挿入されている。

【００９９】この具体例９に示すとおり、リレーレンズ
系に偏向機能を有する第３のＣＧＨ素子を挿入すること
によっても、有効に光路２０の長さを増大させることが
でき、あるいは反射手段１７ａおよび１７ｂによる反射
回数の低減を図ることができる。

【０１００】図４５および図４６に示した例では、偏向
機能のみを有する、すなわちプリズム機能を有するＣＧ
Ｈ素子１８′および１９′をリレーレンズ系を構成する
一対の第３のＣＧＨ素子１８および１９間に挿入した
が、これに代えて、プリズム機能を有するＣＧＨ素子１
８′および１９′を第１のＣＧＨ素子１５と第３のＣＧ
Ｈ素子１８との間および第２のＣＧＨ素子１６と第３の
ＣＧＨ素子１９との間に挿入することができる。

【０１０１】〈具体例１０〉具体例１〜具体例９では、
光路２０の偏向を２次元の平面上で説明したが、図４７
に示されているとおり、発光部１２ａからの発散球面波
をコリメートしかつ偏向させる第１のＣＧＨ素子１５と
このＣＧＨ素子１５により得られた平行光束を受光部１
３ａに偏向させかつ集光させる第２のＣＧＨ素子１６と
の間に、３次元的に所望方向へ偏向させる第３のＣＧＨ
素子１８を挿入することができる。このような第３のＣ
ＧＨ素子１８を光学基板１１内の光路２０の所望箇所へ
挿入することにより、光配線のレイアウトの自由度を著
しく向上させることが可能となる。

【０１０２】前記したところでは、説明の簡素化のため
に、光学基板１１が真空中（屈折率＝１）に配置されて
いると仮定して説明した。従って、光学基板１１が１以
外の屈折率を有する媒質中に配置されている場合、光路
長にその媒質の屈折率を掛け合わせた光路長が採用され
る。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によれば、前記したように、第１
および第２のＣＧＨ素子に従来のような大きな偏向機能
を期待することなく、第３のＣＧＨ素子の偏向機能によ
り、光学基板内での光の偏向角度を従来よりも大きくす
ることができることから、第１および第２のＣＧＨ素子
間の間隔を所定値に保持させたとき、従来に比較して光
学基板内での反射回数を低減させることが可能となり、
また反射回数を所定値に保持したとき、第１および第２
のＣＧＨ素子間の間隔を従来に比較して大きく設定する
ことが可能となる。従って、本発明によれば、反射によ
る損失の低減が防止され、あるいはレイアウトの自由度
が高められた自由空間光配線用光学装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学装置の具体例１を概略的に示
す断面図である。

【図２】テイラー展開式の説明図である。

【図３】テイラー展開による光路差係数の説明図（その
１）である。

【図４】テイラー展開による光路差係数の説明図（その
２）である。

【図５】テイラー展開による光路差係数の説明図（その
３）である。

【図６】テイラー展開による光路差係数の説明図（その
４）である。

【図７】テイラー展開による光路差係数の説明図（その
５）である。

【図８】テイラー展開による光路差係数の説明図（その
６）である。

【図９】テイラー展開による光路差係数の説明図（その
７）である。

【図１０】具体例１の第１のＣＧＨ素子の光学特性を示
す説明図である。

【図１１】具体例１の第１のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その１）である。

【図１２】具体例１の第１のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その２）である。

【図１３】具体例１の第３のＣＧＨ素子の光学特性を示
す説明図である。

【図１４】具体例１の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図である。

【図１５】本発明に係る光学装置の具体例２を概略的に
示す断面図である。

【図１６】具体例２の第１および第３のＣＧＨ素子の光
学特性を示す説明図である。

【図１７】具体例２の第１のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その１）である。

【図１８】具体例２の第１のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その２）である。

【図１９】具体例２の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その１）である。

【図２０】具体例２の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その２）である。

【図２１】具体例２の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その３）である。

【図２２】具体例２の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その４）である。

【図２３】具体例２の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その５）である。

【図２４】具体例２の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その６）である。

【図２５】本発明に係る光学装置の具体例３を概略的に
示す断面図である。

【図２６】具体例３の第１のＣＧＨ素子の光学特性を示
す説明図である。

【図２７】具体例３の第１のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図である。

【図２８】具体例３の第３のＣＧＨ素子の光学特性を示
す説明図である。

【図２９】具体例３の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図である。

【図３０】本発明に係る光学装置の具体例４の一部を概
略的に示す断面図である。

【図３１】本発明に係る光学装置の具体例５の一部を概
略的に示す断面図である。

【図３２】本発明に係る光学装置の具体例６を概略的に
示す断面図である。

【図３３】具体例６のリレーレンズ系の説明図である。

【図３４】具体例６の第３のＣＧＨ素子の光学特性を示
す説明図である。

【図３５】具体例６の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その１）である。

【図３６】具体例６の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その２）である。

【図３７】具体例６の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その３）である。

【図３８】具体例６の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その４）である。

【図３９】具体例６の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その５）である。

【図４０】具体例６の第３のＣＧＨ素子の光路差係数の
説明図（その６）である。

【図４１】本発明に係る光学装置の具体例７を概略的に
示す断面図である。

【図４２】具体例７のリレーレンズ系を示す説明図であ
る。

【図４３】本発明に係る光学装置の具体例８の一部を概
略的に示す断面図である。

【図４４】具体例８のリレーレンズ系を示す説明図であ
る。

【図４５】本発明に係る光学装置の具体例９を概略的に
示す断面図である。

【図４６】具体例９のリレーレンズ系を示す説明図であ
る。

【図４７】本発明に係る光学装置の具体例１０を概略的
に示す斜視図である。

【符号の説明】

１０、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６
０、１７０、１８０および１９０光学装置１１光学基板１１ａおよび１１ｂ光学基板の平面１２ａ光源（第１のチップモジュールの発光部）１５第１のＣＧＨ素子１６第２のＣＧＨ素子１７ａおよび１７ｂ反射手段１８、１８′、１９および１９′ 第３のＣＧＨ素子２０光路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光の透過を許す光学基板と、該光学基板
内に光源からの光を案内すべく該光学基板に設けられ、
前記光源からの光を平行化するコリメート機能を有する
第１のＣＧＨ素子と、該ＣＧＨ素子を経た平行光を前記
光学基板の外へ向けて集光させる集光機能を有する第２
のＣＧＨ素子とを備える自由空間光配線用光学装置であ
って、前記第１のＣＧＨ素子から第２のＣＧＨ素子に至
る光学基板内の光路に、該光路を屈曲させるための偏向
機能を有する第３のＣＧＨ素子が配置されていることを
特徴とする自由空間光配線用光学装置。
【請求項２】前記光学基板は、互いに平行な一対の平
面を備え、その一方の平面に前記第１および第２のＣＧ
Ｈ素子が設けられており、前記両平面の前記第１および
第２のＣＧＨ素子領域を除く部分には、前記光学基板内
の光を反射するための反射手段が設けられている請求項
１記載の自由空間光配線用光学装置。
【請求項３】前記第１および第２のＣＧＨ素子は偏向
機能を有さず、第３のＣＧＨ素子は、それぞれ第１およ
び第２のＣＧＨ素子の直下で該各ＣＧＨ素子に対応して
対をなして配置されていることを特徴とする請求項２記
載の自由空間光配線用光学装置。
【請求項４】前記第１および第２のＣＧＨ素子と、該
各ＣＧＨ素子に対応する前記各第３のＣＧＨ素子とは、
前記光源からの光を平行化するためのコリメート機能を
分担していることを特徴とする請求項３記載の自由空間
光配線用光学装置。
【請求項５】前記第１および第２のＣＧＨ素子は、コ
リメート機能または集光機能に加えて、偏向機能を有
し、前記第３のＣＧＨ素子は、前記一方の平面に、前記
第１および第２のＣＧＨ素子間で、対をなして設けられ
ている請求項２記載の自由空間光配線用光学装置。
【請求項６】第３のＣＧＨ素子は、それぞれが対をな
す複数の組を構成すべく前記第１および第２のＣＧＨ素
子間に、設けられている請求項５記載の自由空間光配線
用光学装置。
【請求項７】前記対をなして設けられる第３のＣＧＨ
素子のそれぞれは集光機能を有し、両第３のＣＧＨ素子
はリレーレンズ系を構成する請求項５記載の自由空間光
配線用光学装置。
【請求項８】前記リレーレンズ系が対をなして対称的
に前記第１および第２のＣＧＨ素子間に設けられている
請求項７記載の自由空間光配線用光学装置。