JP2012083401A - 光学部材、これを用いた光通信モジュール及び調芯方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 垂直方向の位置調整を容易になすことのできる光学部材及びそれを用いた光通信モジュールを提供することを目的としている。
【解決手段】 位置調整に用いる基準面１０ａを有する光学部材１０において、光学部材１０はシリンドリカルレンズの屈折作用を有する光学機能面２０を有し、光学機能面２０はシリンドリカルレンズの母線方向２２に直交する光束３０の光路方向と、基準面１０ａに略平行な方向にシリンドリカルレンズの光軸面と、を有し、基準面１０ａは光束３０に対する光軸面の垂直位置を調整するとともに光学部材１０を固定する面である、ことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、平面実装可能な光学部材、これを用いた光通信モジュール及び調芯方法に関する。

光ファイバを伝送媒体、半導体レーザを光源として、光通信は広く普及している。光通信において、通信端末からの電気信号は光信号に変換されて、半導体レーザから光ファイバに送信される。このような半導体レーザと光ファイバの入出力部にはコリメートレンズやシリンドリカルレンズなどの光学機能面を有する光学部材を用いて、高い結合効率で半導体レーザからの光束が光ファイバに導かれる。送信用や中継用の入出力部もしくは受信用の入出力部等は光通信モジュールとして組み立てられたものが使用されている。

一般的に、発光素子である半導体レーザの発光部の大きさは数μｍ程度、伝送媒体である光ファイバのコア径は１０μｍ程度である。したがって、光通信モジュールの組み立ては、発光素子、光ファイバの取り付け部、および必要な光学部材を、正確に位置合わせする作業が必要である。水平面に平行な光路方向をＺ軸方向、光路に直交する水平および垂直の方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とした場合、すべての光学部材の光軸が一致するようにＸ軸方向およびＹ軸方向の位置合わせがなされていることが望ましい状態であり、光軸が一致した光通信モジュールは光学的にも高い結合効率が得られる。

しかるに、半導体レーザの発光部の高さがばらつきを有するため、その高さ方向（Ｙ軸）の光軸を合わせる調整が必要であり、高さ調整と調整後の固定は容易ではなかった。すなわち、水平方向（Ｘ軸）および光路方向（Ｚ軸）の位置調整がＸ−Ｚ平面を水平移動することによって可能であるのに対して、高さ方向（Ｙ軸）の調整には、これとは別の微調整機構を設ける必要があった。さらに、小型化を目的として、平面実装可能な光学部材を平面ベンチに配置固定する光通信モジュールでは、小型化可能な位置調整機構でなければならず、かつ、その位置調整が容易な調整方法が望まれている。

たとえば、特許文献１には光通信用モジュールにおける光ファイバ等の高さを調整固定する技術が記載されている。特許文献１においては、高さの異なる部材を複数個用意して選択する方法や、水平方向の位置を調整して仮決めした状態で高さ方向の位置を調整する方法が開示されている。前者の方法では複数の部材を用意して、どれが最適な部材であるかを確かめながら選択する必要があり、後者の方法では２つの部品をガイド溝によって組み合わせる必要があった。

このような位置合わせは光通信モジュールを構成する光学部材に対してそれぞれ必要であり、とくにレンズのように光路方向（Ｚ軸）の位置（たとえば焦点位置）も重要な光学部材においては、水平方向（Ｘ軸）、高さ方向（Ｙ軸）、および光路方向（Ｚ軸）の位置調整もおこなわなければならず、光学系の光学部材が増加すると、きわめて煩雑な作業になっていた。

そのため、複数の光学部材の光軸を合わせる調芯として、光学部材すべての光軸を一致するよう精密に配置する方法以外に、たとえば主要な光学部材を配置した後で光軸ずれを補正する方法もおこなわれる。光学部材すべての光軸が一致していない場合は、入射された光路に対して仮配置したレンズの光軸をわずかにずらすことによって、レンズを透過した光路が曲がり、次の光学部材へ向かう光路を光軸に近づけるように調整する。また、光軸ずれを補正するための調整用光学部材を追加配置する場合もある。特許文献２には、複数のプリズムを配置して光軸を補正できることが開示されている。

特開平７−３３３４７２号公報 特開２００４−９３８６１号公報

しかしながら、このような光軸ずれを補正する方法においても、平面実装面での水平方向の光軸ずれを補正する作業は比較的容易であるのに対し、垂直方向の光軸ずれ補正は困難であった。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、垂直方向の光軸ずれを補正する調芯が容易にできて平面実装可能な光学部材、これを用いた光通信モジュール及び調芯方法、を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、位置調整に用いる基準面を有する光学部材において、前記光学部材はシリンドリカルレンズの屈折作用を有する光学機能面を有し、前記光学機能面は前記シリンドリカルレンズの母線方向に直交する光束の光路方向と、前記基準面に略平行な方向に前記シリンドリカルレンズの光軸面と、を有し、前記基準面は前記光束に対する前記光軸面の垂直位置を調整するとともに前記光学部材を固定する面である、ことを特徴とする。

「シリンドリカルレンズの屈折作用」とは、シリンドリカルレンズの母線方向（円柱の一部として近似的にみなした場合における円柱の中心線の方向）には屈折作用をもたず、母線方向に垂直な方向の断面形状は円弧状であり、その方向に光が屈折することにより、透過光が光軸面で直線状に集光するものである。したがって、入射された光束の光路が光軸面と一致していれば直進し、光路が光軸面からずれていれば、屈折作用により透過した光束の光路が異なるようになる。

これにより、基準面を有する光学部材において、入射してくる光束の光路に対して光学機能面の相対位置を垂直方向に変化させることによって、光束に対する光軸面の垂直位置を調整できる。こうすれば、光軸ずれを補正し、最適な位置に固定することが可能となる。したがって、垂直方向の光軸ずれ補正が容易になる。

前記基準面は、前記光束の光路方向に平行な面であるとともに、前記母線方向とは所定の角度θを有することが好適である。平面実装用の基準面に対して、シリンドリカルレンズの屈折作用の母線方向が角度をもつように光学部材を製作することが可能である。こうすれば、実装平面上で光学部材を水平移動することによって光束に対する光軸面の垂直位置を調整することができる。

前記光学機能面は、フレネルレンズ形状であることが好ましい。フレネルレンズとは、通常のレンズを分割し厚みを減らしたレンズの一般呼称であり、のこぎり状の断面をもっている。一般的な凸レンズを同心円状に分割したフレネルレンズの場合と同様に、シリンドリカルレンズを母線方向に分割して、シリンドリカルレンズの屈折作用をおこなわせることができる。こうすれば、薄型の光学設計が可能であり、薄型化および軽量化が可能である。

前記フレネルレンズ形状は、回折形フレネルレンズ形状であることも可能である。回折形レンズとは媒質内に位相格子を形成してレンズ効果をもたせたレンズで、バイナリレンズまたはグレーティングレンズとも呼称される。シリンドリカルレンズの屈折作用を有する回折形レンズ断面は、バイナリシリンドカルレンズとも呼ばれる形状である。こうすれば、薄い光学部材を半導体加工技術で製作することができるので、量産が容易となる。また、耐熱性や長期信頼性に優れたガラスまたはシリコンを用いることができるので、高い信頼性が要求される用途に対しても使用可能である。

本発明は、光伝送をおこなう光通信モジュールにおいて、光を発光する発光素子と、前記発光素子からの光を端面に受光する光ファイバの取り付け部と、本発明の光学部材と、を少なくとも有することを特徴とする。こうすれば、モジュール内の光学系を配置するモジュール組み立て工程において光軸ずれを補正する調整作業が容易な光通信モジュールを実現できる。

さらに、前記発光素子はレーザビームを発振する半導体レーザであり、前記光学部材は前記半導体レーザのビーム形状を補正するビーム整形レンズであることが好適である。平面実装型のモジュールの場合、半導体レーザを平置きするとレーザビームは縦長の形状となり、このレーザビームを円形にするためのビーム整形レンズが光通信モジュールの高い結合効率に有効である。このビーム整形レンズに本発明の光学部材を用いることで、光軸ずれの補正機能を共用できる。こうすれば、構成部材を増やすことなく、光軸ずれを補正する調整作業が容易な光通信モジュールになるので、小型化に適している。

本発明は、光学系の光軸ずれを補正する調芯において、本発明の光学部材を用い、前記基準面の固定位置を略水平方向に移動する調整手段によって、前記光束の光路が前記光学部材を透過して垂直方向で変化することにより、前記光軸ずれを補正する調芯方法であることを特徴とする。

これにより、平面実装可能な光学部材を略水平方向に移動調整することによって、実装平面に垂直方向の光軸位置が変化して光束の光路を変化させることができる。したがって、垂直方向の微調整機構を別途設けることなく、垂直方向の調芯が容易になる。

本発明に係る光学部材は、基準面を有する光学部材において、入射してくる光束の光路に対して光学機能面の相対位置を垂直方向に変化させることができるので、光束に対する光軸面の垂直位置を調整できる。これにより、光軸ずれを補正し、最適な位置に固定することが可能となる。したがって、垂直方向の光軸ずれ補正が容易になる。

第１の実施形態における光学部材を示す模式図である。 第１の実施形態における光通信モジュールの模式断面図である。 第１の実施形態におけるシリンドリカルレンズの屈折作用を示す原理図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 収束レンズ作用における光軸ずれによる焦点位置の模式図である。 第１の実施形態の変形例における光学部材の正面図である。 第２の実施形態における光学部材の正面図である。 第３の実施形態における光学部材の側面図である。 第４の実施形態における光学機能面の模式図である。 第５の実施形態における光学機能面の模式図である。 第６の実施形態における光通信モジュールの模式断面図である。 半導体レーザのビーム形状を示す模式図である。 第６の実施形態における光通信モジュールの模式断面図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態における光学部材１０を示しており、図２は本発明の第１の実施形態における光通信モジュール１００の断面を示す模式図である。また、図３及び図４はシリンドリカルレンズの屈折作用を説明する光学原理図である。

図１は光学部材１０の模式図である。図１に示すように、本実施形態における光学部材１０は、光学機能面２０および位置決め固定に用いられる基準面１０ａを有している。本実施形態における光学部材１０は、基準面１０ａを水平面に固定することによって平面実装が可能である。

なお、本実施形態の説明において、光束の方向をＺ軸方向と定義し、それに直交する水平及び垂直の方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とする。光学部材１０は、図１に示すように、光学機能面２０が収束作用を有する凸レンズ形状の断面方向をもち、かつ、それに直交する断面方向において平レンズ形状のシリンドリカルレンズ形状である。ただし、Ｚ軸を中心に少しだけ回転させた、角度θの傾きを有していることに特徴をもつ。

図２は光学部材１０を用いた光通信モジュール１００の模式断面図である。発光素子である半導体レーザ５０、伝送媒体である光ファイバの取り付け部６０、コリメートレンズ７０、集光レンズ８０及び本発明の光学部材１０を有しており、それらの光学系は光軸１２がほぼ一致するように基板９０に水平配置されている。光学部材１０は、基準面１０ａを基板９０に固定している。光ファイバの取り付け部６０には光ファイバ（図示せず）が取り付けられることにより、光通信システムに使用される。光通信モジュール１００の光学系は、半導体レーザ５０からの射出光が光ファイバに高い結合効率で入射できるように、組み立て時に調芯をおこなって固定されている。

本実施形態における光学部材１０の特徴を詳細に示すために、「シリンドリカルレンズの屈折作用」について説明する。シリンドリカルレンズとは円柱の一部を切り出した凸型のレンズ形状が基本原理的な形状である。シリンドリカルレンズの屈折作用は、円柱の一部として近似的にみなした場合における円柱の中心線の方向を母線方向と定義したとき、母線方向には屈折作用をもたない。

この光学作用の原理を図３及び図４を用いて説明する。図３（ａ）は単純な形状のシリンドリカルレンズ２１の上面図、図３（ｂ）は側面図である。Ｚ方向に光路を有する平行光線に対し、シリンドリカルレンズ２１の一方の光学面は垂直に配置された平レンズ形状である。幾何光学において、光軸とはレンズの両光学面に垂直な直線と定義される。すなわち、光軸に沿った光は屈折せずに通過する。Ｚ方向に光路を有する平行光線に対し、Ｘ方向（シリンドリカルレンズの母線方向）に広がった平行光線は図３（ａ）に示すように屈折することなく透過するのに対し、Ｙ方向（シリンドリカルレンズの凸レンズ断面形状方向）に広がった平行光線は図３（ｂ）に示すように収束光線束になる。光学原理の説明において、凸レンズは一点に焦点を結び、焦点は光軸上にある。シリンドリカルレンズ２１の場合は、収束光線束が直線状に集光され、この場合の集光位置を実効焦点面Ｆとする。したがって、実効焦点面Ｆの位置では、Ｘ方向の光束広がり分の長さをもった直線状の集光が得られる。シリンドリカルレンズ２１の光軸１２と直線状の集光とのなす面を光軸面と呼ぶ。図３でシリンドリカルレンズ２１の光軸面はＹ方向がレンズ中心（光軸１２）を通るＸ−Ｚ平面である。

本明細書における光軸ずれの補正とは、各部品間で光軸が一致していないときに、途中の光路を曲げることにより光軸が一致している場合の光学状態に近づけることをいう。部品配置の位置で各部品の光軸を一致させる光軸合せと異なり、光路を曲げる光軸ずれの補正は反射や屈折の光学作用を利用する。光学部品の取り付けを調整して最適位置に固定する調芯において、わずかな光軸ずれ（配置位置ずれ）を、光路を曲げて補正することができる。次に、これについて説明する。

広がりをもたない光束を図３（ｂ）のシリンドリカルレンズの光軸１２（光軸面）に一致するように入射させた場合を考える。実効焦点面ＦのＹ方向位置は光軸１２と一致するので、光束のＹ方向高さはレンズ透過後も光軸１２と同一の高さのままで直進する。一方、図４に示すように、入射する光束３０に対してシリンドリカルレンズ２１をＹ方向（高さ方向）に移動させると、光束３０に対して光軸ずれの配置２１ａあるいは２１ｂのようになる。この場合、実効焦点面ＦのＹ方向位置はシリンドリカルレンズの光軸１２ａあるいは１２ｂの高さに変化するから、Ｙ方向（高さ方向）に光束３０を曲げる作用となることがわかる。したがって、シリンドリカルレンズ２１の光軸位置をＹ方向（高さ方向）にずらすように位置調整をおこなえば、入射した光束３０をＹ方向（高さ方向）に曲げることができるので、Ｙ方向（高さ方向）の光軸ずれを補正する調芯に利用できる。

いっぽう、シリンドリカルレンズを母線方向に移動しても光軸ずれが発生しないことは周知の光学原理である。すなわち、図３（ａ）に示す母線方向の場合は、いずれの位置に光束が入射しても光束は直進する。

図１に示す光学部材１０における光学機能面２０は、上述のシリンドリカルレンズの屈折作用を有するレンズであり、光軸面がＸ軸方向に変化していることに本実施形態の特徴を有する。これにより、図１に示す光学部材１０を水平なＸ−Ｚ平面に基準面１０ａで固定する際に、Ｘ−Ｚ平面に沿って光学部材１０を移動させると、Ｚ方向の移動では実効焦点面の位置がＺ方向に移動し、Ｘ方向の移動では入射する平行光線をＹ方向に屈折させることができる。より具体的には、図１では、シリンドリカルレンズの屈折作用における母線方向２２がＸ軸方向と角度θで傾斜している。母線方向２２がＸ方向に対して角度θを有するので、Ｘ方向にΔＸ移動させたとき、Ｙ方向の光軸位置のずれ（ΔＹ）は、ΔＹ＝ΔＸ・ｔａｎθである。すなわち、光学部材１０の固定位置をＸ方向に微調整することによって、Ｙ方向の光軸ずれが補正できる。

これにより、基準面１０ａを有する光学部材１０において、入射してくる光束３０の光路に対して光学機能面２０の相対位置を垂直方向に変化させることができるので、光束３０に対する光軸面の垂直位置を調整できる。こうすれば、光軸ずれを補正し、最適な位置に固定することが可能となる。したがって、垂直方向（Ｙ方向）の光軸ずれ補正が容易になる。なお、光軸ずれの補正量は光学系の配置状態によっても異なり、実効焦点面位置だけには限定されない。

図１において、角度θが０度の場合、Ｘ方向の移動でＹ方向の光軸ずれは補正できない。また、角度θが大きい場合は、Ｘ方向の移動に対してＹ方向の変化量が大きくなり、また所定の広がりを有する光束３０ではθ方向に歪むことが無視できなくなってくる。したがって、角度θは、０度より大きく、３０度以下が望ましい。より好ましくは、５度〜１０度である。この範囲であれば、光学系の固定位置の微調整に適しており、光学系の結合効率への影響も小さい。こうすれば、実装平面上で光学部材１０を水平に移動することによって光束３０に対する光軸面の垂直位置を調整することができる。したがって、垂直方向の光軸ずれ補正が容易になる。

なお、基準面１０ａは微調整作業の基準となる取り付け面であり、平面実装において任意の位置で固定可能なように、図１における光学部材１０の底面を平坦な基準面１０ａ（取り付け面）としている。従来の調芯方法において、部品の設置面（基板面）と平行方向の移動は比較的容易であっても、これと垂直方向の移動が困難であった。垂直方向の調芯は、取り付け面と光軸中心までの高さの異なる部品を数種類準備し、選別して使うなどの方法をとることが多い。この場合は、連続的に微調整をおこなうことができず、最適な高さ調整が得られるものではなかった。したがって、本実施の形態における調芯方法は連続的に微調整ができることから、きわめて優れた効果を有している。

これまでも他のレンズ光軸からシリンドリカルレンズの光軸面だけを所定量ずらして配置する光学系の利用が知られていたが、その配置は反射光による性能低下を避ける等の理由によるものであった。本実施の形態においては、シリンドリカルレンズの光軸面を垂直方向に移動させることによって光軸ずれの補正をおこなうものであり、所定量をずらす光学系とは異質のものである。たとえば、あらかじめ光軸ずれがない状態に光軸が一致していれば補正は必要ないから、あらかじめ所定量ずらした光学系とは状態が異なる。また、光軸ずれがあった場合は必要な補正量になるように連続的な調整ができるとともに、高さ方向に移動するための機械的な上下動機構ではなく、水平方向に移動させる機構であることに本実施の形態での特徴を有する。

なお、光学機能面２０を光学部材１０の片面だけでなく、両光学面ともにシリンドリカルレンズ面としていてもよい。たとえば、片面が凸形状でもう一方は凹形状のシリンドリカルレンズ面とすることができる。また、シリンドリカルレンズも一般的なレンズと同様に、球面収差が問題になる場合に、収差を低減するように光学設計をおこなうことができる。したがって、厳密には「円柱」の一部を切り出した単純形状にならない場合もある。本明細書においては、円柱の一部や円柱面の単純形状に限らず、収差の少ない複雑な幾何学形状も含めてシリンドリカルレンズの屈折作用を有するものをシリンドリカルレンズと総称している。また、母線方向についても、単純なシリンドリカルレンズの母線と同様な方向に定義することにより、複雑な幾何学形状に対しても適用するものとする。

さらに、単純な直円柱のシリンドリカルレンズにおいては母線方向に垂直な方向で切断した断面形状が円弧になるが、角度θを有する光学部材１０では垂直方向に切断した面が円弧になるように（斜円柱の）外形形状を設計することが可能である。また、この場合においても、球面収差を低減する幾何学形状が設計できる。こうすれば、角度θに関わらず、垂直方向に収束作用を有し、水平方向には角度θの母線をもったシリンドリカルレンズとすることができる。

なお、シリンドリカルレンズの屈折作用を有する光学機能面２０であれば、幾何学形状は限定されないが、本明細書においては、光束の光路方向とシリンドリカルレンズの屈折作用の方向関係を表すために、幾何学形状のシリンドリカルレンズの母線方向と法線方向を使っている。また、図１では光学機能面２０が光学部材１０の片面だけで構成されているが、光学部材１０の両面に形成されてシリンドリカルレンズの屈折作用をおこなうものであってもよい。

本実施の形態においては、光学機能面２０はガラスを成形したレンズであり、光学部材１０はレンズ一体型である。このようなレンズは光学部材１０を整形するのと同時に一体整形してもよいし、レンズとレンズの取り付け部材に分けて製作したものを一体化してもよい。図５はレンズとレンズの取り付け部材に分けて製作した光学部材１０の変形例であり、レンズとレンズの取り付け部材の接合面も基準面１０ｂになっている。この基準面１０ｂを固定してから配置すると図１の光学部材１０と同じであるが、図５の場合は基準面１０ｂを光軸ずれの補正に用いて、調整後に固定することもできる。

また、光学機能面２０の素材はガラスのほか、プラスチック、樹脂、フッ化カルシウム、シリコンおよびシリコン化合物など、適用する光学波長に適したものを選定して使用することができる。なお、高信頼性が要求される場合には、ガラスやシリコンが適している。

＜第２の実施形態＞
光学部材１０における光学機能面２０はシリンドリカルレンズの屈折作用における母線方向と位置決め固定に用いられる基準面１０ａに角度θを有していれば、図１に示した実施形態に限定されるものではない。たとえば、基準面１０ａは水平でなくてもよい。図６は第２の実施形態における光学部材１０の正面図である。

図６の光学部材１０は、シリンドリカルレンズの屈折作用における母線方向が水平方向（Ｘ軸）であり、基準面１０ａは基部２５と接している。基部２５は固定面２５ｂで水平面に実装され、光学部材１０を支持する。基部２５は、調整面２５ａと固定面２５ｂとを有し、両面は角度θで傾斜している。したがって、調整面２５ａに沿って基準面１０ａを移動させることによって、光学機能面２０はＹ方向にも移動することになる。これによって、入射する光束に対して光学機能面２０の位置を調整できるように機能させることができる。したがって、光学部材１０の固定位置をＸ方向に微調整することによって、Ｙ方向の光軸ずれが補正できる。

＜第３の実施形態＞
光学機能面２０の位置をＹ方向に移動させるのに、Ｘ方向で移動する構成以外に、Ｚ方向に移動する設計で構成してもよい。図７は第３の実施形態における光学部材１０の側面図である。本実施の形態においては基準面１０ａがＺ軸と角度θだけ傾斜するように配置されている。基部２６及び調整面２６ａと固定面２６ｂは、第２の実施形態における基部２５及び調整面２５ａと固定面２５ｂの傾斜方向だけが異なるものである。こうすれば、本実施の形態においても、入射する光束に対して光学機能面２０の位置が調整できるように、機能させることができる。したがって、光学部材１０の固定位置をＺ方向に微調整することによって、Ｙ方向の光軸ずれが補正できる。

第１の実施形態〜第３の実施形態において、光学機能面２０はシリンドリカルレンズ形状の幾何学形状面に限らない、たとえば屈折率分布型（ＧＲＩＮ：Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ）レンズ面であってもよい。屈折率分布レンズはレンズ形状として図１、図２および図７に示すような凸形状になるとは限らないが、シリンドリカルレンズの屈折作用を有するものは上記と同様に適用できる。この場合の母線方向を幾何学形状からは定義できないが、上述の屈折作用原理にもとづく方向として広く解釈するものとする。

＜第４の実施形態＞
図８は第４の実施形態における光学機能面２０を示すための模式図である。シリンドリカルレンズの凸形状の曲率を有する一次元のフレネルレンズ形状であり、Ｙ方向に収束する屈折作用であることはこれまでに記載した第１の実施形態〜第３の実施形態と同様である。こうすれば、光学機能面２０が薄く、光学部材１０をより軽くすることができる。

＜第５の実施形態＞
図９は第５の実施形態における光学機能面２０を示すための模式図である。光学機能面２０は回折形レンズ形状を構成し、シリンドリカルレンズの屈折作用を有するものである。このような回折形レンズ形状は、バイナリフレネルレンズ形状と呼ぶこともできる。

回折形レンズは、波長の関数として位相が決まり、各段の膜厚が設定される。本実施の形態としては、位相数（段数）が４段〜８段の、マルチレベルのバイナリフレネルレンズ形状であることが望ましい。

こうすれば、光学部材１０が薄く軽くできる。さらに、半導体加工技術で製作することができるので、量産が容易となる。また、回折形レンズ形状に形成される基材はガラスである。なお、ガラスだけでなく、プラスチックやシリコンでもよい。シリコンは光通信に使用される光の波長領域（１．３μｍ、１．５５μｍ、などの赤外領域）では透明であり，ガラスよりも大きな屈折率を持つので、より薄くできる。シリコンをレンズ基材として使用することで、半導体加工技術を用いて容易にサブミクロン精度の微細加工が可能である。ガラスまたはシリコンは耐熱性や長期信頼性に優れているので、高い信頼性が要求される用途に対しても使用可能である。

＜第６の実施形態＞
図１０は本発明に記載の光学部材１０を光学部品のひとつとして適用した光通信モジュール１１０の断面を示す模式図である。表面実装型の光通信モジュール１１０であり、光学部材１０、発光素子である半導体レーザ５０、半導体レーザ固定台５５、コリメートレンズ７０、ビーム整形レンズ７５、集光レンズ８０、光ファイバ取り付け部６０、と基板９０およびハウジング９５、とで構成されている。

本発明の光学部材１０はビーム整形レンズ７５と集光レンズ８０の間に配置され、半導体レーザ５０から放射された光束が光ファイバ取り付け部６０に固定された光ファイバに入射するように光軸合わせをおこなう。ここで、基板９０は平坦な光学ベンチであり、設置する各光学部品は水平方向（光束の方向Ｚおよび光束に直交な方向Ｘ）に微調整されて、接着剤等によって固定される。なお、光ファイバはこの組み立て時に仮接続される場合と、組み立て時は調整用のモニタが取り付けられて、光ファイバを含まない場合のいずれであってもよい。

図１０の光通信モジュール１１０において、光源である半導体レーザ５０から出射されたビームは発散光であり、コリメートレンズ７０によって平行光とされる。半導体レーザ５０から出射されるビームは、垂直方向と水平方向では発散角が異なり、その断面形状は楕円形である。たとえば、図１１に模式的に示すようなビーム形状になる。このように、コリメートレンズ７０から射出される垂直方向Ｙのビーム広がりが水平方向Ｘのビーム広がりに比べて大きいために、シリンドリカルレンズ作用を有するビーム整形レンズ７５を用いて円形のビーム形状に整形される。最適なビーム形状で光ファイバに集光されるように、光学部材１０とビーム整形レンズ７５の光学設計が最適化される。

こうすれば、ビーム整形レンズ７５と光学部材１０とにより、円形のビーム形状に最適化をおこなうとともに、光学部材１０は光学系の光軸ずれを補正する位置調整をおこなうことができる。したがって、モジュール内の光学系を配置するモジュール組み立て工程において光軸ずれを補正する調整作業が容易な光通信モジュールを実現できる。

なお、光学部材１０はコリメートレンズ７０とビーム整形レンズ７５の間に配置されていてもよい。

＜第７の実施形態＞
本実施の形態における光学部材１０はビーム整形レンズ７５と同様のビーム整形作用を有するので、光学部材１０がビーム整形レンズ７５の効果を兼ねることが可能である。図１２に光通信モジュール１２０の構成を示すように、光学部材１０、発光素子である半導体レーザ５０、半導体レーザ固定台５５、コリメートレンズ７０、集光レンズ８０、とを用い、前記光学部材１０はコリメートレンズ７０からの射出光を円形のビーム形状に整形するとともに、光軸ずれを補正する調芯機能を兼ねている。

こうすれば、構成部材を増やすことなく、光軸ずれを補正する調整作業が容易になるので、小型化に適している。

さらに、本実施の形態で詳述した光学部材１０を用いた光軸ずれの補正方法は、光通信モジュールに限定されず、平面の光学ベンチに光学系を配置調整する場合に、広く適用可能な技術である。たとえば、ホログラフィーの応用システムや、レーザレーダ装置などでの光学系の平面実装において、光学部材１０を光軸ずれ補正用に配置することができる。これにより、光学部材１０の位置を基準面１０ａで略水平に微調整することで、基準面１０ａに垂直方向の光軸ずれの補正ができる。したがって、基準面１０ａに垂直方向の微調整機構を別途設けることなく光学系の最適配置が可能となる。

また、本実施の形態で詳述した光学部材１０は平面実装の光学系において適用可能であり、応用製品分野は光通信モジュールに限定されない。たとえば、光ディスクメモリ装置、複写機、光学式読取装置、レーザレーダ装置などに光学部材１０を用いることができる。

第１の実施形態〜第７の実施形態で説明した平面実装とは組立工程における水平精度を規定したものではない。重力に対して略垂直な平面であればよい。また、組み立て固定後における上下方向は上述の平面実装方向に限定されず、また、応用製品使用時の光路方向は水平面でなくてもよい。

１０ 光学部材
１０ａ、１０ｂ 基準面
１２、１２ａ，１２ｂ 光軸
２０ 光学機能面
２１ シリンドリカルレンズ
２２ 母線方向
２５、２６ 基部
２５ａ、２６ａ 調整面
２５ｂ、２６ｂ 固定面
３０ 光束
５０ 半導体レーザ
５５ 半導体レーザ固定台
６０ 光ファイバの取り付け部
７０ コリメートレンズ
７５ ビーム整形レンズ
８０ 集光レンズ
９０ 基板
９５ ハウジング
１００、１１０、１２０ 光通信モジュール

Claims (7)

1. 位置調整に用いる基準面を有する光学部材において、
   前記光学部材はシリンドリカルレンズの屈折作用を有する光学機能面を有し、
   前記光学機能面は前記シリンドリカルレンズの母線方向に直交する光束の光路方向と、前記基準面に略平行な方向に前記シリンドリカルレンズの光軸面と、を有し、
   前記基準面は前記光束に対する前記光軸面の垂直位置を調整するとともに前記光学部材を固定する面である、
   ことを特徴とする光学部材。
2. 前記基準面は、前記光束の光路方向に平行な面であるとともに、前記母線方向とは所定の角度θを有することを特徴とする請求項１に記載の光学部材。
3. 前記光学機能面は、フレネルレンズ形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学部材。
4. 前記フレネルレンズ形状は、回折形フレネルレンズ形状であることを特徴とする請求項３に記載の光学部材。
5. 光伝送をおこなう光通信モジュールにおいて、
   光を発光する発光素子と、
   前記発光素子からの光を端面に受光する光ファイバの取り付け部と、
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光学部材と、
   を少なくとも有することを特徴とする光通信モジュール。
6. 前記発光素子はレーザビームを発振する半導体レーザであり、
   前記光学部材は前記半導体レーザのビーム形状を補正するビーム整形レンズであることを特徴とする請求項５に記載の光通信モジュール。
7. 光学系の光軸ずれを補正する調芯において、
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光学部材を用い、
   前記基準面の固定位置を略水平方向に移動する調整手段によって、
   前記光束の光路が前記光学部材を透過して垂直方向で変化することにより、
   前記光軸ずれを補正することを特徴とする調芯方法。
   

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