JP2004094028A - 光学素子とこれを用いた光通信用モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】鏡筒内での光学レンズの取付け状態を安定化し、かつ装置への取付けに際し、その取付け姿勢を容易に決めることができるようにする。
【解決手段】光学素子は、鏡筒２内に光学レンズ１が収納された構成をなしている。光学レンズ１はレンズ部１ａとその周りのツバ部１ｂとが同一素材で一体成形されたものである。鏡筒２には、光学レンズ１のツバ部１ｂに対向して、貫通穴２ａ，２ｂが設けられており、これら貫通穴２ａ，２ｂに光学レンズ１のツバ部１ｂに形成されている凸部３ａ，３ｂが嵌まり込んでいる。これにより、光学レンズ１は鏡筒２から外れることもないし、また、光学レンズ１が鏡筒２内で廻ることもなく、安定した取付け状態となる。また、貫通穴２ａ，２ｂは外部から見ることができるから、この光学素子が非軸対称レンズであるときでも、これを装置へ取り付ける際の基準の目印とすることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光通信などに用いられる光学素子とこれを用いた光通信用モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバを用いた光通信が広く普及されてきている。かかる光通信には、光源としてレーザダイオードなどが用いられたきており、かかる光源からの出射光を光ファイバに入射させるために、光学レンズが使用されている。この光学レンズは、光源からの光を光ファイバの入射面に集光させるためのものであって、その一例が、例えば、「電子材料」工業出版　２００１年１１月発行　ｐｐ．７０−７３に記載されている。
【０００３】
その記載によると、図４に示すように、レーザダイオード２１と光ファイバ２２の先端部と光学レンズ２３とが組み込まれて光通信用モジュール２０が形成され、この光学レンズ２３はレーザダイオード２１と光ファイバ２２の先端部との間に設けられたレンズ支持部２４によって支持されている。レーザダイオード２１から拡散して出射されるレーザ光は、光学レンズ２３により、光ファイバ２２の先端部の入射口に集光されるものであり、この光学レンズ２３は、レーザダイオード２１と光ファイバ２２とを光学的に結合する結合レンズとして機能する。
【０００４】
かかる光学レンズ２３は、レーザダイオード２１と光ファイバ２２との結合効率を高めるために、即ち、レーザダイオード２１からの出射光が効率良く光ファイバ２２に入射されるようにするために、光軸に沿う断面が楕円形状をなす非球面レンズとして球面収差をなくすようにしている。
【０００５】
このような光通信に用いられる光学レンズは、通常、それを保護することなどから、鏡筒に収納され、この鏡筒がレンズ支持部２４に固定される。
【０００６】
また、上記のような光通信用モジュール２０においては、光源としてのレーザダイオード２１から出射されるレーザビームの断面形状は楕円形状をなしており、かかるレーザビームを効率良く光ファイバに入射させるためには、この光ファイバの入射口が円形状をなしていることから、円形状の断面を有するレーザビームに変換することが必要である。光学レンズ２３としては、かかる変換の機能を有することが必要であり、このため、非軸対称レンズ、例えば、レンズの半径方向のｘ，ｙ軸において、夫々曲率が異なる、もしくは夫々の曲率方向が異なるようなトーリックレンズが用いられる。図５はその一例を示すものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような非軸対称レンズを用いてレーザビームの断面形状を楕円形状から円形状に変換する場合、かかる非軸対称レンズのレンズ面の半径方向をレーザビームの断面での径方向に適切に合わせることが必要である。従来では、レンズ支持部２４に載置した状態とし、光学レンズからの出射光を観測しながら鏡筒をその中心軸を中心に回転させることにより、レンズ面の半径方向とレーザビームの断面での径方向とが適切な関係となるように調整していた。
【０００８】
しかし、この方法によると、レンズ面の半径方向とレーザビームの断面での径方向との適切な関係を高精度に設定（以下、これをレンズ面の半径方向の設定という）するためには、手間と時間がかかるきめの細かい作業が必要となる。
【０００９】
本発明の第１の目的は、かかる問題を解消し、レンズ面の半径方向の設定のための作業を簡略化することを可能にした光学素子とこれを用いた光通信用モジュールを提供することにある。
【００１０】
また、光学レンズを鏡筒に単に収納するだけでは、衝撃や振動などにより、光学レンズが鏡筒から外れてしまうおそれもあって、不安定であるし、また、鏡筒内で光学レンズがその光軸を中心に回転してしまうおそれもあり、折角レンズ面の半径方向の設定が適切になされていても、これに狂いが生じて信頼性が低下するといった問題もあった。
【００１１】
かかる問題を解消する方法としては、例えば、特開平３ー１６７５１４号公報や特許第２９０７０１６号公報などに記載のように、光学レンズを鏡筒と同様の機能をなすホルダ内に取り付けた光学素子において、光学レンズとホルダとの結合をより安定化するために、ホルダの内面に環状の凸部を設け、これによって光学レンズとホルダとの結合を強化するようにした技術が提案されている。
【００１２】
しかし、かかる凸部は、単に、光学レンズとホルダとの結合を強化するだけのものであるし、また、ホルダの内面に環状に形成されているものであるから（不連続な突起状とするのは、その製作上、非常に困難である）、ホルダから光学レンズが外れるのを防止するのには有効であるが、光学レンズとこの凸部との接合が充分でないと、光学レンズがホルダ内でがたついたり、その光軸を中心に回転したりするおそれもある。
【００１３】
本発明の第２の目的は、上記第１の目的を達成しながら、鏡筒とこれに収納される光学レンズとの結合をさらに強化することができるようにした光学素子とこれを用いた光通信用モジュールを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明は、鏡筒内に光学レンズが収納されてなる光学素子であって、鏡筒の壁面に、光学レンズに対向して貫通穴を設けたものである。
【００１５】
かかる構成により、かかる貫通穴は外部から見えるものであるから、これを光学レンズの半径方向の基準方向とすることができる。
【００１６】
上記第２の目的を達成するために、本発明は、上記の構成において、光学レンズの側面に鏡筒の上記貫通穴に嵌まり込む凸部を設けたものである。
【００１７】
これにより、光学レンズが鏡筒からはずれたり、鏡筒内で回動したりするといった問題を解消できるとともに、この貫通穴を、上記のように、光学レンズの半径方向の基準方向とすることができる。
【００１８】
また、本発明による光通信用モジュールは、かかる光学素子を、発光手段と光通信炉とを光結合する手段に用いるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。
【００２０】
図１は本発明による光学素子の一実施形態を示す図であって、同図（ａ）はその縦断面図、同図（ｂ）はその側面図、同図（ｃ）は同図（ａ）での分断線Ｘ−Ｘに沿う横断面図であり、１は光学レンズ、１ａはレンズ部、１ｂはツバ部、２は鏡筒、２ａ，２ｂは貫通穴、３ａ，３ｂは凸部である。
【００２１】
同図（ａ）において、光学レンズ１はレンズ部１ａとその周りのツバ部１ｂとが同一素材で一体成形されてなり、厚みの厚いレンズをなしている。図４で説明した光通信用モジュール２０でのレーザダイオード２１からのレーザビームの断面形状を変換する光学レンズ２３としてこの実施形態を使用する場合には、この光学レンズ１は、トーリックレンズのような非軸対称レンズをなしている。かかる光学レンズ１は、鏡筒２内に収納されている。
【００２２】
この鏡筒２には、その内面から外面に貫通して２つの貫通穴２ａ，２ｂが設けられている。これら貫通穴２ａ，２ｂは、光学レンズ１のツバ部１ｂの側面に対向した位置（特に限定しないが、例えば、このツバ部１ｂの側面でのレンズ光軸方向のほぼ中央部）に設けられており、また、ツバ部１ｂの側面には、これら貫通穴２ａ，２ｂ夫々に嵌まり込む凸部３ａ，３ｂがこのツバ部１ｂと同一素材で一体に形成されている。
【００２３】
光学レンズ１は、そのツバ部１ｂの側面が鏡筒２の内面に密着して収納されているが、さらに、このツバ部１ｂに一体に形成された凸部３ａ，３ｂが鏡筒２の貫通穴２ａ，２ｂに嵌まり込んでいる。このため、衝撃や振動があっても、光学レンズ１は鏡筒２から外れることもないし、また、レンズ光軸を中心に回転したり、ガタついたりすることもなく、光学レンズ１と鏡筒２との結合がより強固となる。
【００２４】
また、これら貫通穴２ａ，２ｂは、図１（ｂ）に示すように、鏡筒２の外側面に現われているので、人はそれを容易に認識することができる。そして、図１（ｃ）に示すように、これら貫通穴２ａ，２ｂは、レンズ部１ａの光軸を横切る同一の直線Ａ上に設けられる。このレンズ部１ａの光軸に対する貫通穴２ａ，２ｂの方向は、レンズ部１ａの特定の半径方向と所定の関係となるように、設定されており、これにより、この貫通穴２ａ，２ｂの方向は、入射ビームの断面の半径方向に対してレンズ部１ａの半径方向を特定するレンズ面の半径方向の設定のための基準方向とすることができ、かかるレンズ面の半径方向の設定の目印とすることができる。
【００２５】
例えば、この実施形態の光学素子を図４に示す光通信用モジュール２０の光学レンズ２３として用いる場合には、かかる貫通穴２ａ，２ｂをもとにして、レンズ部１ａの半径方向を、入射ビームの断面形状を楕円形状から円形状に変換できるように、設定することができる。そして、レンズ面の半径方向の設定をさらに精度良く行なう場合には、さらに出射光の断面形状の測定をしながら鏡筒２をその光軸を中心に回転させることにより、レンズ面の半径方向の微細な調整を行なうことになるが、かかる高精度の調整までの作業をかかる貫通穴２ａ，２ｂに基づくレンズ面の半径方向の設定によってかなり精度良く行なうことができ、高精度のレンズ面の半径方向の設定が簡単になるし、これに要する時間も大幅に短縮できることになる。
【００２６】
図２は図１に示す光学素子の製造方法の一具体例を示す工程図であって、４は上型、４ａはその型面、４ｂはその平坦面、５は下型、５ａはその型面、５ｂはその平坦面、５ｃは鏡筒２の載置部、６は型収納部、６ａ，６ｂは窪み部、７ａ，７ｂは留め部材、８ａ，８ｂは弾性部材、９はガラス素材であり、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２７】
図２（ａ）において、光学素子の製造装置としては、型収納部６内の円筒状空間内に収納された上型４と下型５とで構成されている。ここで、説明を簡略化するために、下型５が固定され、型締め（プレス加工）時に上型４が下型５の方に移動するように構成されているものとするが、下型５が移動するようにしてもよいし、また、上型４及び下型５がともに移動するようにしてもよい。
【００２８】
上型４の下面には、光学素子１のレンズ部１ａ（図１）の一方のレンズ面形状を決める型面４ａと、その周りの円環状をなす平坦面４ｂとが形成されている。また、下型５の上面には、光学素子１のレンズ部１ａのもう一方のレンズ面形状を決める型面５ａと、その周りの円環状をなす平坦面５ｂと、さらにこの平坦面５ｂの周りの鏡筒２（図１）を載置するための円環状の載置部５ｃとが形成されている。この載置部５ｃは、これに鏡筒２が載置されたとき、図２（ｂ）に示すように、この鏡筒２の貫通穴２ａ，２ｂが下型５の平坦面５ｂよりも上方にあるように、この平坦面５ｂから段付けして形成されている。
【００２９】
図２（ａ）において、かかる上型４，下型５が収納されている型収納部６の内面には、互いに対向した位置（例えば、その内部空間の中心軸を挟み、同じ高さの位置）に夫々窪み部６ａ，６ｂが設けられ、夫々の窪み部６ａ，６ｂ内に留め部材７ａ，７ｂが嵌め込まれている。これら留め部材７ａ，７ｂは、圧縮バネなどの弾性部材８ａ，８ｂにより、窪み部６ａ，６ｂから押し出される方向に付勢されており、これにより、これら留め部材７ａ，７ｂの先端部が夫々窪み部６ａ，６ｂから突出している。
【００３０】
図１に示す光学素子を作成する場合には、図２（ｂ）に示すように、まず、下型４の載置部５ｃに鏡筒２が載置されるのであるが、これを載置するとき、鏡筒２の外面によって留め部材７ａ，７ｂが弾性部材８ａ，８ｂの付勢力に抗して窪み部６ａ，６ｂ内に押し込まれる。そして、鏡筒２を下型５の載置部５ｃに載置した状態では、この載置部５ｃからの鏡筒２の貫通穴２ａ，２ｂの高さと窪み部６ａ，６ｂ内の留め部材７ａ，７ｂの高さとは等しくなっているが、一般には、貫通穴２ａ，２ｂと留め部材７ａ，７ｂとは対向した位置にはなく、位置ずれしている。このため、留め部材７ａ，７ｂは、鏡筒２の外面により、窪み部６ａ，６ｂ内に押し込まれた状態にある。しかし、かかる状態で鏡筒２をその中心軸を中心に回転させることにより、貫通穴２ａ，２ｂと留め部材７ａ，７ｂとを一致させることができる。このように一致した状態になると、留め部材７ａの先端部が貫通穴２ａに嵌まり込み、留め部材７ｂの先端部が貫通穴２ｂに嵌まり込む。かかる状態が、鏡筒２の型面４ａ，５ａに対する正しい載置状態である。
【００３１】
このようにして、鏡筒２を下型４に正しい載置状態で載置すると、次に、図２（ｂ）に示すように、下型５の上面に光学レンズ１（図１）の素材としてのガラス素材９が載置され、これを加熱して軟化させる。そして、上型４を降下させ、このガラス素材９を上型４と下型５とで型締めする。
【００３２】
この型締めを行なった状態を図２（ｃ）に示す。かかる状態では、ガラス素材９の一方側に上型４の型面４ａとその周りの平坦面４ｂとが転写され、また、ガラス素材９の他方側に下型５の型面５ａとその周りの平坦面５ｂの面とが転写されることになり、型面４ａ，５ａによって光学レンズ１のレンズ部１ａが、平坦面４ｂ，５ｂによって光学レンズ１のツバ部１ｂが夫々形成されるが、さらに、ガラス素材９の一部が鏡筒２の貫通穴２ａ，２ｂに進入し、ツバ部１ｂの外面に貫通穴２ａ，２ｂに嵌まり込んだ凸部３ａ，３ｂが形成されることになる。
【００３３】
かかる型締めが終了すると、成形品を冷却し、型４，５から取り外す。これにより、図１に示した筐体２に光学レンズ１が一体化された光学素子が得られる。
【００３４】
かかる製造方法によると、留め部材７ａ，７ｂが筐体２の貫通穴２ａ，２ｂに嵌まり込むことにより、鏡筒２の型面４ａ，５ａに対する正しい載置状態が設定されるので、上型４の型面４ａ，下型５の型面５ａに対する貫通穴２ａ，２ｂの配置関係が一意的に設定される。従って、これら型面４ａ，５ａがそれらの軸に非対称な面をなしても、これらの面に対する貫通穴２ａ，２ｂの位置関係は常に一意的に設定される。このため、かかる製造方法によって得られた図１に示す光学素子では、光学レンズ１のレンズ部１ａでのレンズ面に対する貫通穴２ａ，２ｂの位置関係が常に一定に設定されることになる。即ち、かかるレンズ面が非軸対称である場合には、常に、かかるレンズ面の特定の形状部分と同じ半径方向に貫通穴２ａ，２ｂの位置が設定されていることになる。
【００３５】
図３は以上説明した実施形態の光学素子を用いた本発明による光通信用モジュールの一実施形態を示す構成図であって、１０は基板、１０ａは凹部、１０ｂは溝部、１０ｃはチップ取付部、１０ｄは電極、１１はレーザダイオード、１２は結合レンズ、１３は光ファイバである。
【００３６】
同図において、基板１０上には、チップ取付部１０ｃと凹部１０ａと溝部１０ｂとが一直線上に配列して形成されており、また、このチップ取付部１０ｃから両側に電極１０ｄが形成されている。このチップ取付部１０ｃには、レーザダイオード１１のチップがロウ付けされ、このレーザダイオード１１に給電のための電極１０ｄが接続される。凹部１０ａには、結合レンズ１２が嵌め込まれて接着剤などで固定され、また、溝部１０ｂには、光ファイバ１３の先端部分が嵌め込まれて固定される。
【００３７】
かかる構成により、レーザダイオード１１で発光したレーザ光は、結合レンズ１２により、光ファイバ１３の先端面に集光されて、光ファイバ１３に入射される。
【００３８】
かかる構成の通信用モジュールにおいて、結合レンズ１２として、図１に示した光学素子を用いることができる。そして、この光学素子を凹部１０ａ内に固定する際には、この光学素子での貫通穴２ａ，２ｂ（図１）を基に、この光学素子のレンズ面の半径方向の設定をすることができ、かかる設定作業を容易にする。
【００３９】
なお、この光学素子を図４に示した光通信用モジュール２０にも適用できることは、先に説明した通りである。
【００４０】
なお、上記実施形態では、鏡筒２に、光軸を挟んで対向する位置関係で、２個の貫通穴２ａ，２ｂが設けられるとしたが、これは、光学レンズ１が、トーリックレンズのような非軸対称レンズである場合に、特に、有効である。
【００４１】
また、上記実施形態を光通信用の光学素子として説明したが、本発明は、これのみに限るものでなく、光学記録再生装置の対物レンズなどの他の光学装置の光学素子にも適用可能であることはいうまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鏡筒内でのレンズ部の取り付け状態が大幅に安定化するとともに、鏡筒に設けられた貫通穴を光学装置への取付けに際しての該レンズ部の半径方向の設定（取付け姿勢）の目印とすることができ、取付け作業の手間を軽減して高精度の取り付けるための作業時間を大幅に短縮可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学素子の一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示す光学素子の製造方法の一具体例を示す図である。
【図３】本発明による光通信用モジュールの一実施形態を示す構成図である。
【図４】光通信用モジュールの一従来例を示す構成図である。
【図５】トーリックレンズの一例を示す図である。
【符号の説明】
１　光学レンズ
１ａ　レンズ部
１ｂ　ツバ部
２　鏡筒
２ａ，２ｂ　貫通穴
３ａ，３ｂ　凸部
１０　基板
１０ａ　凹部
１０ｂ　溝部
１０ｃ　チップ取付部
１０ｄ　電極
１１　レーザダイオード
１２　結合レンズ
１３　光ファイバ

Claims (3)

1. 鏡筒内に光学レンズが収納されてなる光学素子であって、
   該鏡筒の壁面に、該光学レンズに対向して貫通穴を設けたことを特徴とする光学素子。
2. 請求項１において、
   前記レンズの側面に前記鏡筒の前記貫通穴に嵌まり込む凸部を設けたことを特徴とする光学素子。
3. 請求項１または２記載の光学素子を発光手段と光通信路都を光結合する手段に用いたことを特徴とする光通信用モジュール。

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