JP2016138934A - 光学プリズム - Google Patents

Abstract

【課題】光学プリズムが固定される基板に垂直な方向の煽り角を容易に、かつ高い精度で調整し得る光学プリズムを提供する。
【解決手段】基板表面１４ａに接着して固定され、入射光Ａを受け所定方向に出射光Ｂ１を出射するための光学プリズム１である。基板表面１４ａに接着される底面部２が、基板表面１４ａに対して垂直な方向の煽り角を調整することができるように、基板表面１４ａに向かって突出する凸状の形状を有することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信等に用いられる光学プリズムに関するものである。

近年、通信量の増大に伴い、変調器が大型化している。そのため、光信号の伝送における光路長が長くなってきており、光路の方向をより高い精度で調整することが可能な光学プリズムが求められている。

下記の特許文献１には、光学プリズムの一例として、複数個のプリズム構成体を貼り合わせて固着させた光学プリズムが開示されている。

下記の特許文献２には、光学プリズムの保持部材が開示されている。この保持部材は、光学プリズムが設置される設置部と、保持部材を床に固定する固定部と、上記設置部及び固定部を結合する結合部とを有している。結合部は弾性を有し、応力が加えられることにより変位する。保持部材に位置決め用の螺子を取り付け、上記螺子により、結合部に付加する応力を調節する。それによって、光学プリズムを保持している保持部材の位置を調整し、光学プリズムの、床に垂直な方向としての煽り方向を調整している。

特開２００９−１６８９４０号公報 特開２００１−１５９７８２号公報

特許文献１に記載の光学プリズムは、方向を調整する手段を有さない。よって、光路の方向の精度を高めることはできなかった。

特許文献２では、光学プリズム自体は方向を調整する手段を有していないが、保持部材により光学プリズムの煽り方向を調整している。しかしながら、光学プリズムを保持部材に設置する位置精度を考慮する必要があったため、作業が複雑であり、光路の方向の精度を充分に高めることができなかった。さらに、光学プリズムの煽り方向の調整は、上記結合部の変位により行われる。よって、光学プリズムの煽り方向が経時変化するおそれがあり、温度変化等により方向がずれることもあった。

本発明の目的は、基板表面に接着して固定される光学プリズムであって、基板表面に垂直な方向の煽り角を、容易にかつ高い精度で調整することができる、光学プリズムを提供することにある。

本発明の光学プリズムは、基板表面に接着して固定され、入射光を受け所定方向に出射光を出射するための光学プリズムであって、基板表面に接着される底面部が、基板表面に対して垂直な方向の光学プリズムの煽り角を調整することができるように、基板表面に向かって突出する凸状の形状を有している。

基板表面に対する光学プリズムの固定角度を変化させることによって、光学プリズムの煽り角が調整されることが好ましい。

凸状の形状は、固定角度を変化させる方向に光学プリズムの傾斜を許容し、固定角度を変化させる方向と垂直な方向に光学プリズムの傾斜を抑制する形状であることが好ましい。この場合、凸状の形状は、底面部が基板表面と線で接触するような形状であることが好ましい。

凸状の形状は、曲面形状であることが好ましい。この場合、曲面形状が、円柱の外周面の曲面形状であることが好ましい。

基板表面に固定された状態において、底面部が基板表面と接触している接触部は、凸状の曲面から構成されていることが好ましい。この場合、凸状の曲面は、円柱の外周面の曲面形状を有することが好ましい。

基板表面に固定された状態において、底面部が基板表面と接触している接触部は、一対の傾斜面を突き合わせて形成される稜線部から構成されていてもよい。

プリズム本体と、底面部を有し、プリズム本体とは別体の底面部本体とから構成されていてもよい。

本発明によれば、光学プリズムが固定される基板に対して垂直な方向の煽り角を、容易にかつ高い精度で調整し得る光学プリズムを提供することができる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光学プリズムを基板に固定した状態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の光学プリズムを、光が入射する方向から見た正面図であり、（ｃ）は、（ａ）の光学プリズムを、光が出射される方向から見た側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学プリズムを基板に傾斜させて固定した状態を、光が入射する方向から見た正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学プリズムを用いた光学モジュールを、光学プリズムに光が入射する方向から見た正面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る光学プリズムを、光が入射する方向から見た正面図であり、（ｂ）は、（ａ）の光学プリズムを基板に固定した状態を示す拡大正面図である。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る光学プリズムが基板に固定された状態を、光が入射する方向から見た正面図である。 本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係る光学プリズムの斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る光学プリズムが基板に固定された状態を、入射光及び出射光に垂直な方向から見た正面図である。 図１〜図３に示す第１の実施形態の光学プリズムをＸ方向に最大限傾斜させた状態を示す正面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

本発明の光学プリズムは、基板の表面に接着して固定され、入射光を受け所定方向に出射光を出射するための光学プリズムである。本発明の光学プリズムは、基板の表面に接着して固定し、光学モジュールなどを構成する光学素子として用いることができる。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光学プリズムを基板に固定した状態を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の光学プリズムを、光が入射する方向から見た正面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）の光学プリズムを、光が出射される方向から見た側面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態の光学プリズム１は、光学プリズム１の入射面３ａから入射した入射光Ａを受け、出射面３ｂから出射光Ｂ１を出射する光学プリズムである。

図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、本実施形態の光学プリズム１は、プリズム本体１ａと、プリズム本体１ａとは別体の底面部本体２とを備えている。本実施形態では、底面部本体２が、光学プリズム１の底面部となる底面部２ａを有している。底面部本体２は、接合面２ｂで、プリズム本体１ａと接合されている。底面部本体２とプリズム本体１ａとを接合する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、紫外線硬化型接着剤や熱硬化型接着剤などの接着剤を用いて接合することができる。また、ガラスフリットを用いて底面部本体２とプリズム本体１ａとを接合させてもよい。

本実施形態において、プリズム本体１ａは、２個の三角柱状のプリズムが貼り合わされて構成されている。２個の三角柱状のプリズムの間には、誘電体多層膜などからなる波長分離膜または反射膜などが設けられている。

図１（ｂ）に示すように、底面部本体２の底面部２ａは、基板１４の表面１４ａに向かって突出する凸状の形状を有する。より具体的には、底面部本体２の底面部２ａは、凸状の曲面から構成されており、円柱の外周面の曲面形状を有している。したがって、図１（ｂ）に示すように、Ｙ方向から見た底面部２ａは、曲面の形状を有しており、図１（ｃ）に示すように、Ｘ方向から見た底面部２ａは、曲面の形状を有していない。

図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、本実施形態の光学プリズム１の底面部２ａは、基板１４の表面１４ａと接触して固定される。具体的には、底面部２ａと表面１４ａの間に、紫外線硬化型接着剤などの接着剤（図示せず）を介在させ、この接着剤により光学プリズム１の底面部２ａを基板１４の表面１４ａに接着して固定する。

上述のように、本実施形態の光学プリズム１の底面部２ａは、円柱の外周面の曲面形状を有している。すなわち、本実施形態の光学プリズム１の底面部２ａは、Ｘ方向に曲面の形状を有しており、Ｙ方向に曲面の形状を有していない。したがって、本実施形態の光学プリズム１は、Ｘ方向に傾斜させることができるが、Ｙ方向には傾斜が抑制されている。

図２は、本実施形態の光学プリズム１を、Ｘ方向に傾斜させて固定する状態を説明するための正面図である。図２において、実線で示す光学プリズム１は、出射面３ｂの基板表面１４ａに対する角度がＤ１である状態を示している。１点鎖線で示す光学プリズム１は、光学プリズム１をＸ方向に傾斜させ、出射面３ｂの基板表面１４ａに対する角度がＤ２である状態を示している。図２に示すように、光学プリズム１をＸ方向に傾斜させて、出射面３ｂの基板１４の表面１４ａに対する角度をＤ１からＤ２に変化させることにより、出射光Ｂ１を出射光Ｂ２に変化させることができる。したがって、出射光の出射角度を、角度Ｃ変化させることができる。よって、本実施形態によれば、基板１４の表面１４ａに対して垂直な方向（Ｚ方向）の煽り角を容易にかつ高い精度で調整することができ、出射光の出射角度を容易にかつ高い精度で調整することができる。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る光学プリズムを用いた光学モジュールを、光学プリズムに光が入射する方向から見た正面図である。光学モジュール２０は、基板１４を有する。基板１４の表面１４ａ上には、光学プリズム１が固定されている。さらに、基板１４上には、変調器２５が設けられている。光学プリズム１から出射した出射光Ｂ１は、変調器２５に入射する。変調器２５から出射した出射光Ｅは、光ファイバー２６に入射する。入射光Ａの光源としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）などの光源を適宜用いることができる。

光学モジュール２０では、変調器２５を介するため、光学プリズム１から光ファイバー２６までの光路長が長くなる。光学プリズムからの距離が長くなると、光学プリズムからの出射光の角度のずれによる出射光の位置のずれは大きくなる。よって、出射光の角度が所望の角度からずれた場合、光学プリズムから光ファイバーまでの光路長が長いほど、出射光の位置のずれは大きくなり、光ファイバーに入射する光量は大きく低減する。

本発明によれば、光学プリズム１は、上述したように、Ｚ方向の煽り角を高い精度で調整することができる。よって、光学モジュール２０のように、光学プリズム１から光ファイバー２６までの光路長が長い場合において、光ファイバー２６に入射する光量の低減を好適に抑制することができる。

Ｙ方向における出射光Ｂ１の出射角度の調整は、Ｚ方向の軸を回転軸として光学プリズム１を回転させることにより行うことができる。本実施形態の光学プリズム１の底面部２ａは、上述のように、円柱の外周面の曲面形状を有しているので、基板１４の表面１４ａと線で接触する。このため、表面１４ａと面で接触する従来の場合に比べ、光学プリズム１を容易に回転させることができる。

本発明においては、光学プリズム１の底面部２ａの凸状形状を、例えば、球面の曲面形状にし、基板１４の表面１４ａと点で接触させてもよい。この場合、Ｘ方向のみならず、Ｙ方向にも、光学プリズム１を傾斜させることができる。このため、Ｚ方向の出射光Ｂ１の出射角度の調整のみならず、Ｙ方向における出射光Ｂ１の出射角度も、光学プリズム１の傾斜で調整することができる。

しかしながら、Ｚ方向及びＹ方向について出射角度を同時に調整することは、非常に複雑であり、困難な場合がある。この場合、本実施形態のように、基板表面１４ａと線で接触させ、Ｘ方向にのみ光学プリズムの傾斜を許容し、Ｙ方向に光学プリズムの傾斜を抑制することにより、出射光の出射角度の調整を、容易にかつ高精度にすることができる。例えば、まずＺ方向の軸を回転軸として光学プリズム１を回転させて、光ファイバー２６に入射する光量が最大になるようにＹ方向における出射光Ｂ１の出射角度を調整する。次に、光学プリズム１をＸ方向に傾斜させ、光ファイバー２６に入射する光量が最大になるようにＺ方向における出射光Ｂ１の出射角度を調整する。このように、段階的に出射光Ｂ１の出射角度を調整することで、より容易にかつ高精度に出射光の出射角度の調整することができる。

図４（ａ）は、本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る光学プリズムを、光が入射する方向から見た正面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の光学プリズムを基板に固定した状態を示す拡大正面図である。光学プリズム４１の底面部本体４２は、多角柱の外周面の形状の底面部を有している。上記の点以外においては、光学プリズム４１は、第１の実施形態の光学プリズム１と同様の構成を有する。

図４（ｂ）に示すように、光学プリズム４１の底面部本体４２の底面部は、複数の傾斜面４２ｂから構成されている。本変形例では、５つの傾斜面４２ｂから底面部本体４２の底面部が構成されている。隣接する一対の傾斜面４２ｂがそれぞれ突き合わされることにより、複数の稜線部４２ｃが形成されている。本変形例では、５つの傾斜面４２ｂから４つの稜線部４２ｃが形成されている。光学プリズム４１は、基板表面１４ａに固定された状態では、稜線部４２ｃにおいて基板表面１４ａに接触している。したがって、本変形例においても、光学プリズム４１の底面部は、基板表面１４ａに線で接触している。したがって、本変形例においても、図１〜図３に示す第１の実施形態と同様に、光学プリズム４１の煽り角を容易にかつ高精度に調整することができ、出射光Ｂ１のＺ方向における出射角度を容易にかつ高精度に調整することができる。

図５は、本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る光学プリズムが基板に固定された状態を、光が入射する方向から見た正面図である。光学プリズム５１の底面部本体５２の底面部は、一対の傾斜面５２ｂと、一対の傾斜面５２ｂの双方に連なる曲面５２ｃとを有する。曲面５２ｃは、基板表面１４ａに向かって突出する凸状の形状を有する。光学プリズム５１は、底面部本体５２の底面部の形状が第１の実施形態における底面部本体２の底面部２ａの形状と異なる以外においては、図１〜図３に示す第１の実施形態の光学プリズム１と同様の構成を有する。このように、底面部本体５２の底面部は、曲面状の面及び平面状の面の双方を有していてもよい。本変形例においても、光学プリズム５１の底面部は、基板１４の表面１４ａに線で接触している。したがって、本変形例においても、図１〜図３に示す第１の実施形態と同様に、光学プリズム５１の煽り角を容易にかつ高精度に調整することができ、出射光Ｂ１のＺ方向における出射角度を容易にかつ高精度に調整することができる。

図６は、本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係る光学プリズムの斜視図である。光学プリズム６１は、底面部本体６２を有する。底面部本体６２の底面部は、プリズム本体１ａの底面と平行な平面状の部分を有する。底面部本体６２の底面部の一部は、円柱の外周面の形状であり、基板１４の表面１４ａと接触する接触部６２ｃを構成する。光学プリズム６１は、底面部本体６２の底面部の形状が第１の実施形態における底面部本体２の底面部２ａの形状と異なる点以外においては、第１の実施形態の光学プリズム１と同様の構成を有する。

本変形例のように、凸状の形状は必ずしも底面部全体に形成されていなくともよく、基板表面１４ａと接触する接触部に凸状の形状が形成されていればよい。本変形例においても、光学プリズム６１の底面部を、基板表面１４ａに線で接触させることができる。したがって、本変形例においても、図１〜図３に示す第１の実施形態と同様に、光学プリズム６１の煽り角を容易にかつ高精度に調整することができ、出射光Ｂ１のＺ方向における出射角度を容易にかつ高精度に調整することができる。

以上説明した第１の実施形態の光学プリズムは、プリズム本体と、プリズム本体とは別体の底面部本体とから構成されている。プリズム本体は、従来の光学プリズムと同様にして製造することができる。底面部本体は、プリズム本体と同様に、ガラスから形成することが好ましい。しかしながら、これに限定されるものではなく、ガラス以外の材料から底面部本体を形成してもよい。プリズム本体との熱膨張係数の差を小さくする等の観点からは、プリズム本体と同種のガラスから底面部本体を形成することが好ましい。底面部本体を加工する方法は、特に限定されるものではなく、例えば、モールドプレス、切削研磨加工、エッチング加工、レーザー加工など種々の方法で加工することができる。

第１の実施形態では、プリズム本体と、底面部本体とから光学プリズムを形成しているが、プリズム本体と底面部本体を一体的に形成した光学プリズムであってもよい。例えば、従来の光学プリズムの底面部を、切削研磨加工、エッチング加工、レーザー加工などで凸状の形状となるように加工したものであってもよい。また、光学プリズムを製造する際に、底面部が凸状形状となるように成形してもよい。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る光学プリズムが基板に固定された状態を、入射光及び出射光に垂直な方向から見た正面図である。本実施形態の光学プリズム３１は、三角柱状のプリズムである。本実施形態の光学プリズム３１の底面部３１ａは、基板表面１４ａに向かって突出する凸状の形状を有している。本実施形態において、凸状の形状は、円柱の外周面の曲面形状である。光学プリズム３１は、反射面３１ｂを有している。反射面３１ｂは、三角柱状のプリズムの傾斜面に、例えば誘電体多層膜等からなる反射膜を設けることにより形成されている。

図７に示すように、Ｚ方向から入射した入射光Ａは、反射面３１ｂで反射され、出射光Ｂ３として、Ｘ方向に出射される。本実施形態においても、光学プリズム３１の底面部３１ａは、基板表面１４ａに線で接触している。したがって、第１の実施形態と同様に、光学プリズム３１をＸ方向に傾斜させることができ、光学プリズム３１煽り角を容易にかつ高精度に調整することができ、出射光Ｂ３のＺ方向における出射角度を容易にかつ高精度に調整することができる。

光学プリズム３１の底面部３１ａの凸状形状は、三角柱状のプリズムの底面部を、切削研磨加工、エッチング加工、レーザー加工などで加工することにより形成することができる。また、三角柱状のプリズムを製造する際に、底面部が凸状形状となるように成形してもよい。

図８は、図１〜図３に示す第１の実施形態の光学プリズム１をＸ方向に最大限傾斜させた状態を示す正面図である。ここで、Ｘ方向に最大限傾斜させた状態とは、底面部２ａが基板１４の表面１４ａに接した状態で最大限傾斜させた状態をいう。この状態において、プリズム本体１ａの端面の下方端部１ｂの基板表面１４ａからの高さｈ１は、プリズム本体１ａの端面の下方端部１ｂから上方端部１ｃまでの距離（高さ）ｈ２の０．０００１〜０．５倍の範囲内であることが好ましい。また、このような範囲内となるように、底面部２ａの凸状形状が形成されていることが好ましい。

１…光学プリズム
１ａ…プリズム本体
１ｂ…下方端部
１ｃ…上方端部
２…底面部本体
２ａ…底面部
２ｂ…接合面
３ａ…入射面
３ｂ…出射面
１４…基板
１４ａ…表面
２０…光学モジュール
２５…変調器
２６…光ファイバー
３１…光学プリズム
３１ａ…底面部
３１ｂ…反射面
４１…光学プリズム
４２…底面部本体
４２ｂ…傾斜面
４２ｃ…稜線部
５１…光学プリズム
５２…底面部本体
５２ｂ…傾斜面
５２ｃ…曲面
６１…光学プリズム
６２…底面部本体
６２ｃ…接触部

Claims (10)

1. 基板表面に接着して固定され、入射光を受け所定方向に出射光を出射するための光学プリズムであって、
   前記基板表面に接着される底面部が、前記基板表面に対して垂直な方向の前記光学プリズムの煽り角を調整することができるように、前記基板表面に向かって突出する凸状の形状を有している、光学プリズム。
2. 前記基板表面に対する前記光学プリズムの固定角度を変化させることによって、前記光学プリズムの前記煽り角が調整される、請求項１に記載の光学プリズム。
3. 前記凸状の形状は、前記固定角度を変化させる方向に前記光学プリズムの傾斜を許容し、前記固定角度を変化させる方向と垂直な方向に前記光学プリズムの傾斜を抑制する形状である、請求項２に記載の光学プリズム。
4. 前記凸状の形状は、前記底面部が前記基板表面と線で接触するような形状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学プリズム。
5. 前記凸状の形状が、曲面形状である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学プリズム。
6. 前記曲面形状が、円柱の外周面の曲面形状である、請求項５に記載の光学プリズム。
7. 前記基板表面に固定された状態において、前記底面部が前記基板表面と接触している接触部は、凸状の曲面から構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学プリズム。
8. 前記凸状の曲面は、円柱の外周面の曲面形状を有する、請求項７に記載の光学プリズム。
9. 前記基板表面に固定された状態において、前記底面部が前記基板表面と接触している接触部は、一対の傾斜面を突き合わせて形成される稜線部から構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学プリズム。
10. プリズム本体と、前記底面部を有し、前記プリズム本体とは別体の底面部本体とから構成されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学プリズム。

Images