JP2007163969A - 光結合器、光コネクタ及び光結合器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズの形成を簡便に行い、かつレンズと光ファイバを簡易に位置合わせして結合できる光結合器を提供する。
【解決手段】光結合器１Ａは、屈折率分散型平面レンズ２が形成されたレンズアレイ３Ａと、光ファイバ４が挿入されるファイバガイド溝７が形成されたファイバアレイ５Ａを備える。屈折率分散型平面レンズ２は、レンズアレイ３Ａを構成する媒質に不純物を拡散して作成され、レンズの形成に、切削や、金型を使用したモールド成形は不要である。レンズアレイ３Ａとファイバアレイ５Ａは、位置合わせを行うガイドピン６ａとガイド孔８ａが形成され、ガイドピン６ａをガイド孔８ａに挿入して、レンズアレイ３Ａとファイバアレイ５Ａを一体とすると、屈折率分散型平面レンズ２と光ファイバ４の中心位置が略一致して、光学的に結合される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズと光ファイバを結合する光結合器、この光結合器を備えた光コネクタ及び光結合器の製造方法に関する。詳しくは、屈折率分散型平面レンズが形成されたレンズアレイにガイド部材を備えて、光ファイバを支持するファイバアレイと接合することで、レンズと光ファイバの位置合わせを、簡単な構成で行えるようにしたものである。

情報処理の大容量化、高速化に伴い、光伝送システムは今日の電子デバイスにおいては欠かせない技術となっている。このような光伝送システムでは、装置間等で光信号の送受を行う結合部等において、電気デバイスに比べて高い位置精度が要求される。

光信号の送受を行う結合部として、光ファイバ同士、光ファイバと受発光素子間等を接続する光コネクタは、結合損失を抑えるために、光ファイバとレンズ等の光学素子の光軸が一致している必要がある。

このため、従来の光コネクタ等の光デバイスでは、発光素子を駆動して光を送受しながら、個々の光学素子を微動させ、結合損失が最小となるように光軸の位置合わせを行うアクティブアライメントが行われていた。

しかし、アクティブアライメントでは、スループットが悪く、作業工程が増えることでコストが高くなるという問題があった。

そこで、近年、個々の光学素子間の光軸位置の調整を、機械的な位置決め精度で行えるようにしたパッシブアライメントを利用する技術が提唱されている。

パッシブアライメントを利用した光デバイスとしては、レンズアレイ部材にピン孔を開け、複数のレンズアレイ部材を重ねてピン孔にピンを挿入して、レンズアレイ部材をピンで位置合わせして一体とする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３０４９０４号公報

しかし、従来は、パッシブアライメントを利用するために部品点数が多くなり、やはりコストが高くなるという問題があった。また、部品点数が多いと、機械的な位置決め精度でアライメントを行うためには、各部品の精度も高いものが要求され、製造工程が複雑になり、コストが一層高くなるという問題があった。中でも、光の結合損失を向上させるためには、精度の高い凸レンズを形成する必要があるが、複数の凸レンズを作製する工程は、時間とコストがかかるという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、レンズと光ファイバを簡単な構成で高精度に位置合わせできる光結合器、光コネクタ及び光結合器の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る光結合器は、光ファイバとレンズを光学的に結合させるレンズ部材を備えた光結合器であって、レンズ部材は、レンズとして不純物を拡散させた領域の屈折率を周囲の屈折率と異ならせて形成された複数の屈折率分散型平面レンズを有したレンズアレイと、屈折率分散型平面レンズの配置に合わせて光ファイバを支持するファイバアレイと、レンズアレイ及びファイバアレイに形成され、屈折率分散型平面レンズと光ファイバが光学的に結合される位置に合わせて、レンズアレイとファイバアレイを接合するガイド部材とを備えたことを特徴とする。

本発明の光結合器では、所定の配置で複数の屈折率分散型平面レンズが形成されたレンズアレイと、光ファイバを支持するファイバアレイが、ガイド部材で位置合わせされて接合されると、各屈折率分散型平面レンズと光ファイバが光学的に結合されるレンズ部材が構成される。これにより、光ファイバから出射した光は屈折率分散型平面レンズに結合して出射されると共に、屈折率分散型平面レンズに入射した光は光ファイバに結合する。

また、本発明に係る光コネクタは、光ファイバとレンズを光学的に結合させるレンズ部材を有した光結合器と、一対の光結合器を対向させて位置合わせを行う位置合わせ部材を備えた光コネクタであって、レンズ部材は、レンズとして不純物を拡散させた領域の屈折率を周囲の屈折率と異ならせて形成された複数の屈折率分散型平面レンズを有したレンズアレイと、屈折率分散型平面レンズの配置に合わせて光ファイバを支持するファイバアレイと、レンズアレイ及びファイバアレイに形成され、屈折率分散型平面レンズと光ファイバが光学的に結合される位置に合わせて、レンズアレイとファイバアレイを接合するガイド部材とを備えたことを特徴とする。

本発明の光コネクタでは、所定の配置で複数の屈折率分散型平面レンズが形成されたレンズアレイと、光ファイバを支持するファイバアレイが、ガイド部材で位置合わせされて接合されることで、各屈折率分散型平面レンズと光ファイバが光学的に結合されるレンズ部材を有した光結合器が構成される。

光ファイバと屈折率分散型平面レンズが位置合わせされて結合された一対の光結合器は、位置合わせ部材によって、対向する屈折率分散型平面レンズの光軸を略一致させて結合される。これにより、一方の光結合器で光ファイバから出射した光は屈折率分散型平面レンズに結合して出射され、他方の光結合器の屈折率分散型平面レンズに結合する。そして、他方の光結合器の屈折率分散型平面レンズに入射した光は光ファイバに結合する。

更に、本発明に係る光結合器の製造方法は、レンズ形成部材にガイド部材を形成し、レンズ形成部材のレンズ形成面にマスクを形成し、ガイド部材の位置を基準にして、マスクにレンズ形成窓部を形成し、レンズ形成窓部から、レンズ形成部材を構成する材質に対して所定の不純物を拡散して、ガイド部材を基準に規定された位置に、屈折率分散型平面レンズを形成してレンズアレイを作製することを特徴とする。

本発明の光結合器の製造方法では、レンズ形成部材にガイド部材が形成され、ガイド部材が形成されたレンズ形成部材のレンズ形成面にマスクが形成される。マスクには、ガイド部材の位置を基準にしてレンズ形成窓部が形成され、レンズ形成窓部から、レンズ形成部材を構成する材質に対して所定の不純物が拡散される。

これにより、ガイド部材を基準に規定された位置に、不純物が拡散された領域の屈折率を周囲の屈折率と異ならせて屈折率分散型平面レンズが形成されたレンズアレイが作製される。

本発明の光結合器によれば、レンズとして屈折率分散型平面レンズが形成されたレンズアレイと、光ファイバを支持するファイバアレイが、ガイド部材によって位置合わせされてレンズ部材が形成されることで、簡単な構成で、屈折率分散型平面レンズと光ファイバを結合させることができる。

また、レンズアレイとファイバアレイがガイド部材によって位置合わせされるので、レンズアレイとファイバアレイの接合を、パッシブアライメントで実現でき、スループットが向上し、コストを抑えることができる。

本発明の光コネクタによれば、簡単な構成で屈折率分散型平面レンズと光ファイバを結合させた光結合器を用いることで、損失を抑えることができると共に、部品点数を減らすことができることから、低コストで提供することができる。

本発明の光結合器の製造方法によれば、レンズ形成部材に不純物を拡散して、レンズとして屈折率分散型平面レンズを形成するので、複数のレンズを簡便に形成することができる。

また、屈折率分散型平面レンズと結合される光ファイバを支持するファイバアレイとの位置合わせを行うガイド部材の位置を基準に、屈折率分散型平面レンズを形成するので、屈折率分散型平面レンズと光ファイバの位置合わせを、高精度に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の光結合器、光コネクタ及び光結合器の製造方法の実施の形態について説明する。

＜第１の実施の形態の光結合器の構成例＞
図１は第１の実施の形態の光結合器の一例を示す構成図で、図１（ａ）は第１の実施の形態の光結合器１Ａの正面図、図１（ｂ）は光結合器１Ａの上面図、図１（ｃ）は光結合器１Ａの背面図である。

第１の実施の形態の光結合器１Ａは、屈折率分散型平面レンズ２が形成されたレンズアレイ３Ａと、屈折率分散型平面レンズ２と結合される光ファイバ４をガイドするファイバアレイ５Ａを接合して構成されるレンズ部材１０Ａを備える。

レンズアレイ３Ａは、プラスチックやガラス等で構成された平板形状で、複数の屈折率分散型平面レンズ２が本例では所定の間隔で１列に並べて配置されると共に、屈折率分散型平面レンズ２が形成されたレンズ形成面３Ｌに、ファイバアレイ５Ａとの位置合わせを行うガイドピン６ａが形成される。

屈折率分散型平面レンズ２は、レンズアレイ３Ａを構成するプラスチックやガラス等の媒質に、不純物をドーピングすることで周囲との屈折率差を生じさせ、光を集光もしくはコリメート（平行光化）するレンズとして機能させるものである。

不純物ドーピングとは、レンズアレイ３Ａを構成する媒質に対して所定の不純物を、熱拡散、イオン交換、あるいはある電場下において放射状に拡散させること（electro migration）を称している。

なお、屈折率分散型平面レンズの作製方法としては、イオン交換法に関しては、例えば、Japanese Journal of Applited Physics Vol 20,April,1981 pp.L296-L298(M.Oikawa, K.Iga, T.Sanada, N.Yamamoto, and K.Nishizawa)に開示されている。

また、electro migrationに関しては、例えば、Applied Optics Vol 23,No.11 1 June 1984 pp.1787-1789(M.Oikawa, K.Iga, M.Morinaga, T.Usui, and T.Chiba)に開示されている。

更に、熱拡散法に関しては、例えば、Applied Optics Vol 21,No.6 15 March 1982 pp.1052-1056(M.Oikawa, K.Iga)に開示されている。

レンズアレイ３Ａにおいて、不純物を拡散させた領域は、周囲の媒質よりも屈折率が高くなる。そして、不純物を略半円球状に拡散させることで、入射した光を集光またはコリメートする屈折率分散型平面レンズ２が、レンズアレイ３Ａの内部に形成される。なお、本例では、屈折率分散型平面レンズ２は、所定の角度で放射される光をコリメートするように構成されている。

ガイドピン６ａはガイド部材の一例で、円筒形状の凸状部材をレンズアレイ３Ａのレンズ形成面３Ｌに一体に形成して構成される。レンズアレイ３Ａは、本例では２本のガイドピン６ａを備え、屈折率分散型平面レンズ２は、例えばガイドピン６ａの位置に合わせて形成される。

ファイバアレイ５Ａは、レンズアレイ３Ａに形成された屈折率分散型平面レンズ２に合わせて、光ファイバ４を支持する複数のファイバガイド溝７が形成されると共に、レンズアレイ３Ａとの位置合わせを行うガイド孔８ａが形成される。また、ファイバアレイ５Ａは、ファイバガイド溝７に挿入された光ファイバ４を固定する押さえ部材９を備える。

ファイバガイド溝７は、断面形状が例えばＶ字型で、光ファイバ４が嵌り径方向の位置を規制する形状を有する。また、ファイバガイド溝７は、屈折率分散型平面レンズ２と同じピッチで配置される。これにより、各ファイバガイド溝７に光ファイバ４が挿入されると、複数本の光ファイバ４が、屈折率分散型平面レンズ２のピッチに合わせて支持される。

押さえ部材９は、ファイバアレイ５Ａに接着剤等で固定され、ファイバガイド溝７に挿入された光ファイバ４を押さえて固定する。なお、押さえ部材９に、ファイバアレイ５Ａのファイバガイド溝７に合わせてファイバガイド溝を形成しても良い。

ガイド孔８ａはガイド部材の一例で、レンズアレイ３Ａに形成されたガイドピン６ａが挿入される直径及び深さを有した円筒形状の凹部を、ガイドピン６ａの配置に合わせて形成して構成される。

レンズ部材１０Ａは、ガイドピン６ａをガイド孔８ａに挿入し、レンズアレイ３Ａとファイバアレイ５Ａを接着等で一体とすることで構成される。そして、レンズアレイ３Ａとファイバアレイ５Ａは、ガイドピン６ａをガイド孔８ａに挿入して一体とすると、各屈折率分散型平面レンズ２の中心と、各ファイバガイド溝７に支持された光ファイバ４の中心が一致するように構成されている。

＜第１の実施の形態の光結合器の製造方法例＞
図２及び図３は第１の実施の形態の光結合器１Ａの製造方法の一例を示す工程図で、図２はレンズアレイ３Ａの製造方法の一例を示す工程図、図３はレンズアレイ３Ａとファイバアレイ５Ａの組立例を示す工程図であり、次に、第１の実施の形態の光結合器１Ａの製造方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、ガラスもしくはプラスチックで作製されたレンズアレイ形成部材１１Ａの所定の位置に、ガイドピン６ａを形成する。本例では、長方形で平板形状のレンズアレイ形成部材１１Ａの長手方向の両側に、それぞれ１本ずつガイドピン６ａが形成される。

次に、図２（ｂ）に示すように、レンズアレイ形成部材１１Ａのガイドピン６ａを形成した面をレンズ形成面３Ｌとして、マスク１２を塗布または蒸着によって形成する。そして、ガイドピン６ａの位置を基準にして、フォトリソグラフィを用いてマスク１２をエッチングもしくは現像して、マスク１２の所定の位置に所定の大きさでレンズ形成窓１３Ａを開口する。

ここで、ガイドピン６ａの中心位置Ｐ１と、ガイドピン６ａに隣接したレンズ形成窓１３Ａの中心位置Ｐ２の距離をａ、レンズ形成窓１３Ａの中心位置Ｐ２の間隔をｂとする。

次に、図２（ｃ）に示すように、レンズ形成部材１１Ａに対して、レンズ形成窓１３Ａから所定の不純物Ｄを自然拡散、熱拡散、あるいは電場の下で拡散させる。レンズ形成窓１３Ａは円形であるので、不純物の拡散速度を制御して、図２（ｄ）に示すように、不純物を略半円球状に拡散させる。なお、不純物の拡散領域Ｅは、レンズアレイ形成部材１１Ａを構成する媒質より屈折率が高くなるように構成されている。

マスク１２のレンズ形成窓１３Ａを通してレンズアレイ形成部材１１Ａに不純物を拡散させて、所定の形状で屈折率の高い領域を作製すると、図２（ｅ）に示すように、マスク１２を剥離する。

これにより、複数の屈折率分散型平面レンズ２が、中心位置Ｐ２の間隔を所定の間隔ｂとして１列に並んで形成されると共に、両端の屈折率分散型平面レンズ２が、左右のガイドピン６ａの中心位置Ｐ１からそれぞれ距離ａのところに中心位置Ｐ２が形成されて、レンズアレイ３Ａが作製される。

さて、図３（ａ）に示すように、ファイバアレイ５Ａは、ガイド孔８ａの中心位置Ｐ３と、ガイド孔８ａに隣接したファイバガイド溝７に挿入された光ファイバ４の中心位置Ｐ４との距離をａ、各ファイバガイド溝７に挿入された光ファイバ４の中心位置Ｐ４の間隔をｂとして作製されている。

これにより、レンズアレイ３Ａにおける屈折率分散型平面レンズ２の中心位置Ｐ２の間隔と、ファイバアレイ５Ａにおいてファイバガイド溝７に挿入された光ファイバ４の中心位置Ｐ４の間隔は等しく構成される。

また、レンズアレイ３Ａにおいて、両端の屈折率分散型平面レンズ２の中心位置Ｐ２からガイドピン６ａの中心位置Ｐ１までの距離と、ファイバアレイ５Ａにおいて、両端のファイバガイド溝７に挿入される光ファイバ４の中心位置Ｐ４からガイド孔８ａの中心位置Ｐ３までの距離は等しく構成される。

従って、図３（ｂ）に示すように、レンズアレイ３Ａのガイドピン６ａをファイバアレイ５Ａのガイド孔８ａに挿入して、レンズアレイ３Ａとファイバアレイ５Ａを一体とすると、各屈折率分散型平面レンズ２の中心と、各ファイバガイド溝７に支持された光ファイバ４の中心位置が一致して、屈折率分散型平面レンズ２と光ファイバ４が光学的に結合された光結合器１Ａが作製される。

＜第１の実施の形態の光結合器の効果例＞
第１の実施の形態の光結合器１Ａでは、光ファイバ４と結合されるレンズを、凸レンズではなく屈折率分散型平面レンズ２で構成することで、切削や金型を利用したモールド成形等によるレンズの作製工程を省くことができ、簡便にレンズを形成することができる。

また、レンズアレイ３Ａに、ファイバアレイ５Ａをガイドするガイドピン６ａを一体に備えることで、簡単な構成で、屈折率分散型平面レンズ２と光ファイバ４の精密な位置合わせが可能となる。

更に、光結合器１Ａは、レンズ部材１０Ａと光ファイバ４で構成できるので、部品点数が削減され、製作工程の簡便化を図ることができると共に、部品の製作コストを低く抑えることができる。

そして、光結合器１Ａを構成するレンズ部材１０Ａも少ない部品点数で構成できるので、精度が要求される部品が少なくなり、屈折率分散型平面レンズ２と光ファイバ４を結合するレンズアレイ３Ａとファイバアレイ５Ａの接合を、結合効率を低下させることなくパッシブアライメントで実現でき、スループットが向上してコストを抑えることができる。

＜第２の実施の形態の光結合器の構成例＞
図４は第２の実施の形態の光結合器の一例を示す構成図で、図４（ａ）は第２の実施の形態の光結合器１Ｂの正面図、図４（ｂ）は光結合器１Ｂの上面図、図４（ｃ）は光結合器１Ｂの背面図である。

第２の実施の形態の光結合器１Ｂは、屈折率分散型平面レンズ２が形成されたレンズアレイ３Ｂと、屈折率分散型平面レンズ２と結合される光ファイバ４をガイドするファイバアレイ５Ｂを接合して構成されるレンズ部材１０Ｂを備えると共に、屈折率分散型平面レンズ２を作製する工程で使用されるマスク１２をレンズアレイ３Ｂに残して、光ファイバ４のガイドとして使用するものである。

レンズアレイ３Ｂは、プラスチックやガラス等で構成された平板形状で、複数の屈折率分散型平面レンズ２が本例では所定の間隔で１列に並べて配置されると共に、屈折率分散型平面レンズ２が形成されたレンズ形成面３Ｌに、ファイバアレイ５Ｂとの位置合わせを行うガイドピン６ａが一体に形成される。また、レンズアレイ３Ｂは、レンズ形成面３Ｌにマスク１２を備える。

屈折率分散型平面レンズ２は、第１の実施の形態の光結合器１Ａで説明したように、レンズアレイ３Ｂを構成するプラスチックやガラス等の媒質に、不純物をドーピングすることで周囲との屈折率差を生じさせ、光を集光もしくはコリメートするレンズとして機能させるものである。

マスク１２は、図２で説明したように、屈折率分散型平面レンズ２を作製する工程で、不純物を拡散する領域を画定するために、レンズ形成窓が形成され、第２の実施の形態の光結合器１Ｂでは、レンズ形成窓をファイバガイド孔１４として使用する。ファイバガイド孔１４は、光ファイバ４の直径と略同等の直径を有し、ファイバガイド孔１４の中心位置と、屈折率分散型平面レンズ２の中心位置が略一致している。

ファイバアレイ５Ｂは、レンズアレイ３Ｂに形成された屈折率分散型平面レンズ２に合わせて、光ファイバ４を支持する複数のファイバガイド溝７が形成されると共に、レンズアレイ３Ｂに形成されたガイドピン６ａの配置に合わせてガイド孔８ａが形成される。また、ファイバアレイ５Ｂは、ファイバガイド溝７に挿入された光ファイバ４を固定する押さえ部材９を備える。

ファイバアレイ５Ｂは、各ファイバガイド溝７に光ファイバ４が挿入されると、複数本の光ファイバ４が、屈折率分散型平面レンズ２のピッチに合わせて支持される。また、ファイバアレイ５Ｂは、光ファイバ４の先端をマスク１２の厚さに応じて突出させて、各光ファイバ４を支持する。

レンズ部材１０Ｂは、ガイドピン６ａをガイド孔８ａに挿入し、レンズアレイ３Ｂとファイバアレイ５Ｂを接着等で一体とすることで構成される。そして、レンズアレイ３Ｂとファイバアレイ５Ｂは、ガイドピン６ａをガイド孔８ａに挿入して一体とすると、各屈折率分散型平面レンズ２の中心と、各ファイバガイド溝７に支持された光ファイバ４の中心が一致するように構成され、各光ファイバ４の先端が、ファイバガイド孔１４に挿入されて支持される。

＜第２の実施の形態の光結合器の製造方法例＞
図５及び図６は第２の実施の形態の光結合器１Ｂの製造方法の一例を示す工程図で、図５はレンズアレイ３Ｂの製造方法の一例を示す工程図、図６はレンズアレイ３Ｂとファイバアレイ５Ｂの組立例を示す工程図であり、次に、第２の実施の形態の光結合器１Ｂの製造方法について説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、ガラスもしくはプラスチックで作製されたレンズアレイ形成部材１１Ｂの所定の位置に、ガイドピン６ａを形成する。本例では、長方形で平板形状のレンズアレイ形成部材１１Ｂの長手方向の両側に、それぞれ１本ずつガイドピン６ａが形成される。

次に、図５（ｂ）に示すように、レンズアレイ形成部材１１Ｂのガイドピン６ａを形成した面をレンズ形成面３Ｌとして、マスク１２を塗布または蒸着によって形成する。そして、ガイドピン６ａの位置を基準にして、フォトリソグラフィを用いてマスク１２をエッチングもしくは現像して、マスク１２の所定の位置に、光ファイバ４の直径と略同等の大きさでレンズ形成窓１３Ｂを開口する。

ここで、ガイドピン６ａの中心位置Ｐ１と、ガイドピン６ａに隣接したレンズ形成窓１３Ｂの中心位置Ｐ２の距離をａ、レンズ形成窓１３Ｂの中心位置Ｐ２の間隔をｂとする。

次に、図５（ｃ）に示すように、レンズ形成部材１１Ｂに対して、レンズ形成窓１３Ｂから所定の不純物Ｄを自然拡散、熱拡散、あるいは電場の下で拡散させる。レンズ形成窓１３Ｂは円形であるので、不純物の拡散速度を制御して、図５（ｄ）に示すように、不純物を略半円球状に拡散させる。なお、不純物の拡散領域Ｅは、レンズアレイ形成部材１１Ｂを構成する媒質より屈折率が高くなるように構成されている。

これにより、複数の屈折率分散型平面レンズ２が、中心位置Ｐ２の間隔を所定の間隔ｂとして１列に並んで形成されると共に、両端の屈折率分散型平面レンズ２が、左右のガイドピン６ａの中心位置Ｐ１からそれぞれ距離ａのところに中心位置Ｐ２が形成されて、レンズアレイ３Ｂが作製される。

また、レンズアレイ３Ｂは、屈折率分散型平面レンズ２を作製する工程で使用したマスク１２を残すことで、マスク１２に形成されたレンズ形成窓１３Ｂがファイバガイド孔１４となり、屈折率分散型平面レンズ２の中心位置Ｐ２とファイバガイド孔１４の中心位置が略一致する。

さて、図６（ａ）に示すように、ファイバアレイ５Ｂは、ガイド孔８ａの中心位置Ｐ３と、ガイド孔８ａに隣接したファイバガイド溝７に挿入された光ファイバ４の中心位置Ｐ４との距離をａ、各ファイバガイド溝７に挿入された光ファイバ４の中心位置Ｐ４の間隔をｂとして作製されている。

これにより、レンズアレイ３Ｂにおける屈折率分散型平面レンズ２及びファイバガイド孔１４の中心位置Ｐ２の間隔と、ファイバアレイ５Ｂにおいてファイバガイド溝７に挿入された光ファイバ４の中心位置Ｐ４の間隔は等しく構成される。

また、レンズアレイ３Ｂにおいて、両端の屈折率分散型平面レンズ２の中心位置Ｐ２からガイドピン６ａの中心位置Ｐ１までの距離と、ファイバアレイ５Ｂにおいて、両端のファイバガイド溝７に挿入される光ファイバ４の中心位置Ｐ４からガイド孔８ａの中心位置Ｐ３までの距離は等しく構成される。

従って、図６（ｂ）に示すように、レンズアレイ３Ｂのガイドピン６ａをファイバアレイ５Ｂのガイド孔８ａに挿入して、レンズアレイ３Ｂとファイバアレイ５Ｂを一体とすると、各屈折率分散型平面レンズ２の中心と、各ファイバガイド溝７に支持された光ファイバ４の中心位置が一致して、光ファイバ４の先端がファイバガイド孔１４に挿入され、屈折率分散型平面レンズ２と光ファイバ４が光学的に結合された光結合器１Ｂが作製される。

＜第２の実施の形態の光結合器の効果例＞
第２の実施の形態の光結合器１Ｂでは、ファイバアレイ５Ｂに支持された光ファイバ４が、レンズアレイ３Ｂに形成されたマスク１２のファイバガイド孔１４に挿入されることで、屈折率分散型平面レンズ２と結合される光ファイバ４の先端位置がレンズアレイ３Ｂに対して確実に固定される。これにより、屈折率分散型平面レンズ２の中心と光ファイバ４の中心を確実に一致させることができる。

また、ファイバガイド孔１４は、屈折率分散型平面レンズ２を作製する工程で使用するマスク１２に形成されるレンズ形成窓１３Ｂを兼用するので、新規の部材が不要で、コストを抑えることができる。

＜各実施の形態の光結合器の変形例＞
上述した各実施の形態の光結合器は、レンズアレイとファイバアレイの位置合わせを、レンズアレイ側に凸状のガイドピンを備えて行う構成としたが、ファイバアレイ側に凸状のガイドピンを備え、レンズアレイ側に凹状のガイド孔を備える構成としても良い。

＜第１の実施の形態の光コネクタの構成例＞
図７は第１の実施の形態の光コネクタの一例を示す構成図である。第１の実施の形態の光コネクタ２１Ａは、例えば第１の実施の形態の光結合器１Ａ同士を結合させるものである。

光コネクタ２１Ａは、一対の光結合器１Ａと、光結合器１Ａが挿入されるスリーブ２２を備える。図１等で説明した光結合器１Ａは、フェルールと称され、レンズアレイ３Ａ及びファイバアレイ５Ａの外形は、所定の精度で屈折率分散型平面レンズ２の位置合わせを行うために必要な精度を有している。

スリーブ２２は位置合わせ部材の一例で、光結合器１Ａの外形と合致する内形を有した例えば角筒形状で、スリーブ２２に光結合器１Ａが挿入されると、光結合器１Ａは、屈折率分散型平面レンズ２の光軸に直交する方向の位置が規制される。

これにより、スリーブ２２の両側から、一対の光結合器１Ａが挿入されると、各光結合器１Ａの屈折率分散型平面レンズ２が対向し、対向する屈折率分散型平面レンズ２の光軸が略一致して、光結合器１Ａ同士が光学的に結合される。

＜第１の実施の形態の光コネクタの動作例＞
光コネクタ２１Ａは、図示しない送信装置から出力され、光ファイバ４のコアを伝搬される光信号Ｓが、光ファイバ４の端面から出射して、一方の光結合器１Ａの屈折率分散型平面レンズ２に入射する。所定の放射角で光ファイバ４から出射した光信号Ｓは、屈折率分散型平面レンズ２を通ることで平行光となって、光結合器１Ａから出射する。

一方の光結合器１Ａの屈折率分散型平面レンズ２から出射した光信号Ｓは、対向する他方の光結合器１Ａの屈折率分散型平面レンズ２に入射する。屈折率分散型平面レンズ２に入射した光信号Ｓは、光ファイバ４の端面に集光し、コアに入射する。そして、光ファイバ４のコアに入射した光信号Ｓは、コアを伝搬されて、図示しない受信装置に入力される。

＜第２の実施の形態の光コネクタの構成例＞
図８は第２の実施の形態の光コネクタの一例を示す構成図である。第２の実施の形態の光コネクタ２１Ｂは、例えば第１の実施の形態の光結合器１Ａと同等の構成を有した光結合器１Ａ′を、空気層を介在させることなく結合させるものである。

光コネクタ２１Ｂは、一対の光結合器１Ａ′と、光結合器１Ａ′が挿入されるスリーブ２２を備える。光結合器１Ａ′は、図１で説明した光結合器１Ａと同様の構成を有し、レンズアレイ３Ａ′の先端に突き当て面２３が形成される。

突き当て面２３は、少なくとも屈折率分散型平面レンズ２を通る光路において、光結合器１Ａ′のレンズアレイ３Ａ′同士が当接するように構成される。

スリーブ２２は、光結合器１Ａ′の外形と合致する内形を有した例えば角筒形状で、スリーブ２２に光結合器１Ａ′が挿入されると、光結合器１Ａ′は、屈折率分散型平面レンズ２の光軸に直交する方向の位置が規制される。

そして、スリーブ２２の両側から、一対の光結合器１Ａ′が挿入されると、各光結合器１Ａ′の突き当て面２３が当接すると共に、各光結合器１Ａ′の屈折率分散型平面レンズ２が対向し、対向する屈折率分散型平面レンズ２の光軸が略一致して、光結合器１Ａ′同士が空気層を介在させることなく光学的に結合される。

＜第２の実施の形態の光コネクタの動作例＞
光コネクタ２１Ｂは、図示しない送信装置から出力され、光ファイバ４のコアを伝搬される光信号Ｓが、光ファイバ４の端面から出射して、一方の光結合器１Ａ′の屈折率分散型平面レンズ２に入射する。所定の放射角で光ファイバ４から出射した光信号Ｓは、屈折率分散型平面レンズ２を通ることで平行光となって、光結合器１Ａ′から出射する。

一方の光結合器１Ａ′の屈折率分散型平面レンズ２から出射した光信号Ｓは、空気層を通ることなく、対向する他方の光結合器１Ａ′の屈折率分散型平面レンズ２に入射する。屈折率分散型平面レンズ２に入射した光信号Ｓは、光ファイバ４の端面に集光し、コアに入射する。そして、光ファイバ４のコアに入射した光信号Ｓは、コアを伝搬されて、図示しない受信装置に入力される。

＜各実施の形態の光コネクタの効果例＞
第１の実施の形態の光コネクタ２１Ａ及び第２の実施の形態の光コネクタ２１Ｂでは、上述した光結合器１Ａ等を使用することで、簡単な構成で光ファイバ４と屈折率分散型平面レンズ２の光軸のずれを抑えて、結合効率を向上させることができる。

図９は本実施の形態の光コネクタの効果の一例を示す説明図である。なお、図９では、第１の実施の形態の光コネクタ２１Ａを例に説明する。

光コネクタ２１Ａは、光ファイバ４から出射された光を屈折率分散型平面レンズ２でコリメートしているので、一方の光結合器１Ａの光軸Ｃ１と、他方の光結合器１Ａの光軸Ｃ２が一致していなくても、ずれ量が許容範囲内であれば、一方の光結合器１Ａから出射された信号光Ｓを、他方の光結合器１Ａの屈折率分散型平面レンズ２で光ファイバ４に集光させることができる。

そして、上述したように、光ファイバ４と屈折率分散型平面レンズ２の光軸のずれは抑えられているので、光結合器１Ａを結合する構成における位置精度を、結合効率を低下させることなく緩和することができ、コストを抑えることができる。

第２の実施の形態の光コネクタ２１Ｂでは、光結合器１Ａ′同士を直接接触させることで、光結合器１Ａ′同士を、空気層を介在させることなく結合させることができる。これにより、空気層との界面で発生するフレネル反射を抑制することができ、戻り光の影響を抑えると共に、結合効率を向上させることができる。

なお、光結合器１Ａ′同士を直接接触させる構成では、レンズアレイ３Ａ′を構成する材質と同程度の屈折率を有するポッティング材を注入することで、損失をより抑えることができる。

＜各実施の形態の光コネクタの変形例＞
上述した各実施の形態の光コネクタは、光結合器として、図１等で説明した第１の実施の形態の光結合器を使用した例で説明したが、図４等で説明した第２の実施の形態の光結合器を使用しても良い。

また、レンズアレイとファイバアレイの位置合わせを、レンズアレイ側に凸状のガイドピンを備えて行う構成としたが、ファイバアレイ側に凸状のガイドピンを備え、レンズアレイ側に凹状のガイド孔を備える構成としても良い。

本発明は、家庭等で光ファイバを利用した光通信システムを構築する際に使用される光コネクタに適用される。

第１の実施の形態の光結合器の一例を示す構成図である。 第１の実施の形態の光結合器の製造方法の一例を示す工程図である。 第１の実施の形態の光結合器の製造方法の一例を示す工程図である。 第２の実施の形態の光結合器の一例を示す構成図である。 第２の実施の形態の光結合器の製造方法の一例を示す工程図である。 第２の実施の形態の光結合器の製造方法の一例を示す工程図である。 第１の実施の形態の光コネクタの一例を示す構成図である。 第２の実施の形態の光コネクタの一例を示す構成図である。 本実施の形態の光コネクタの効果の一例を示す説明図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ・・・光結合器、２・・・屈折率分散型平面レンズ、３Ａ，３Ｂ・・・レンズアレイ、４・・・光ファイバ、５Ａ・・・ファイバアレイ、６ａ・・・ガイドピン、７・・・ファイバガイド溝、８ａ・・・ガイド孔、９・・・押さえ部材、１０Ａ，１０Ｂ・・・レンズ部材、１１・・・レンズアレイ形成部材、１２・・・マスク、１３Ａ，１３Ｂ・・・レンズ形成窓、１４・・・ファイバガイド孔、２１Ａ，２１Ｂ・・・光コネクタ、２２・・・スリーブ、２３・・・突き当て面

Claims (6)

1. 光ファイバとレンズを光学的に結合させるレンズ部材を備えた光結合器であって、
   前記レンズ部材は、
   前記レンズとして、不純物を拡散させた領域の屈折率を周囲の屈折率と異ならせて形成された複数の屈折率分散型平面レンズを有したレンズアレイと、
   前記屈折率分散型平面レンズの配置に合わせて前記光ファイバを支持するファイバアレイと、
   前記レンズアレイ及び前記ファイバアレイに形成され、前記屈折率分散型平面レンズと前記光ファイバが光学的に結合される位置に合わせて、前記レンズアレイと前記ファイバアレイを接合するガイド部材とを備えた
   ことを特徴とする光結合器。
2. 前記ガイド部材は、前記レンズアレイと前記ファイバアレイの一方に、凸状部材を一体に形成すると共に、
   前記レンズアレイと前記ファイバアレイの他方に、前記凸状部材が嵌る凹部を形成して構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の光結合器。
3. 前記レンズアレイに、不純物を拡散させる領域を画定するレンズ形成窓部が形成されたマスクを残し、前記レンズ形成窓部を前記光ファイバが挿入されるファイバガイド孔として使用する
   ことを特徴とする請求項１記載の光結合器。
4. 光ファイバとレンズを光学的に結合させるレンズ部材を有した光結合器と、
   一対の前記光結合器を対向させて位置合わせを行う位置合わせ部材を備えた光コネクタであって、
   前記レンズ部材は、
   前記レンズとして、不純物を拡散させた領域の屈折率を周囲の屈折率と異ならせて形成された複数の屈折率分散型平面レンズを有したレンズアレイと、
   前記屈折率分散型平面レンズの配置に合わせて前記光ファイバを支持するファイバアレイと、
   前記レンズアレイ及び前記ファイバアレイに形成され、前記屈折率分散型平面レンズと前記光ファイバが光学的に結合される位置に合わせて、前記レンズアレイと前記ファイバアレイを接合するガイド部材とを備えた
   ことを特徴とする光コネクタ。
5. 前記位置合わせ部材で位置合わせされた一対の前記光結合器同士を当接させる突き当て面を、対向する前記屈折率分散型平面レンズを通る光路中の前記光結合器に備えた
   ことを特徴とする請求項４記載の光コネクタ。
6. レンズ形成部材にガイド部材を形成し、
   前記レンズ形成部材のレンズ形成面にマスクを形成し、
   前記ガイド部材の位置を基準にして、前記マスクにレンズ形成窓部を形成し、
   前記レンズ形成窓部から、前記レンズ形成部材を構成する材質に対して所定の不純物を拡散して、
   前記ガイド部材を基準に規定された位置に、屈折率分散型平面レンズを形成してレンズアレイを作製する
   ことを特徴とする光結合器の製造方法。
   

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