JP2017090741A - 光学部品ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化による光学部品の位置ずれを抑制することができる、光学部品ユニットを提供する。【解決手段】ガラス基板２と、ガラス基板２上に設けられている、光路分離を行うためのガラス光学部品３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光路分離を行うための光学部品ユニットに関するものである。

従来、光路分離モジュールが光通信機などに広く用いられている。例えば、下記の特許文献１では、光路分離モジュールの一例が記載されている。光路分離モジュールの筐体内には、ビームスプリッタやミラーなどの各光学部品が設けられている。各光学部品は、光学部品毎に筐体の内部表面に接合されている。

特開２０１４−１８７５０６号公報

光路分離モジュールの筐体には、例えば、ＳＵＳなどが用いられることが多い。よって、特許文献１の光路分離モジュールでは、ガラスからなる各光学部品と筐体との熱膨張係数の差が大きい。そのため、温度変化による位置ずれが生じ易かった。

本発明の目的は、温度変化による光学部品の位置ずれを抑制することができる、光学部品ユニットを提供することにある。

本発明に係る光学部品ユニットは、ガラス基板と、ガラス基板上に設けられている、光路分離を行うためのガラス光学部品とを備える。

ガラス光学部品が、ガラス基板に、無機接着剤により接合されていることが好ましい。

本発明に係る光学部品ユニットは、光路分離モジュールに用いられてもよい。

本発明に係る光学部品ユニットによれば、温度変化による光学部品の位置ずれを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光学部品ユニットの平面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る光学部品ユニットの平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学部品ユニットを光路分離モジュールに用いた例を示す、光路分離モジュールの平面断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る光学部品ユニットの平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る光学部品ユニットの平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学部品ユニットの製造方法を説明するための平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学部品ユニットの製造方法を説明するための、図６中のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学部品ユニットの製造方法を説明するための平面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学部品ユニットの製造方法を説明するための、図８中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光学部品ユニットの製造方法を説明するための、第１のガラス光学部品の入射面に平行な方向に沿う断面図である。

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。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学部品ユニットの平面図である。光学部品ユニット１は、ガラス基板２を備える。ガラス基板２は、矩形板状の形状を有する。光学部品ユニット１は、ガラス基板２上に設けられた複数のガラス光学部品３を備える。複数のガラス光学部品３は、光路分離を行うための光学部品である。

より具体的には、複数のガラス光学部品３は、第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃである。第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃは、詳細は後述するが、無機接着剤によりガラス基板２に接合されていることが好ましい。無機接着剤には、例えば、無機半田やガラスペーストなどを用いることができる。

第１，第２のガラス光学部品３ａ，３ｂは、プリズムである。第１のガラス光学部品３ａは、ガラス基板２に接合される底面を有する。さらに、第１のガラス光学部品３ａは、光が入射する入射面３ａ１、入射した光を反射する反射面３ａ２及び反射した光を出射する出射面３ａ３を有する。入射面３ａ１、反射面３ａ２及び出射面３ａ３は、互いに接続された第１のガラス光学部品３ａの側面である。

同様に、第２のガラス光学部品３ｂも、底面、入射面３ｂ１、反射面３ｂ２及び出射面３ｂ３を有する。第１，第２のガラス光学部品３ａ，３ｂは、第１のガラス光学部品３ａの出射面３ａ３と第２のガラス光学部品３ｂの入射面３ｂ１とが対向し合うように配置されている。

第３のガラス光学部品３ｃは、板状の形状を有する偏光ビームスプリッタである。第３のガラス光学部品３ｃは、対向し合っている第１，第２の面３ｃ１，３ｃ２を有する。第１の面３ｃ１には、誘電体多層膜が設けられている。本実施形態における誘電体多層膜は、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する。なお、上記誘電体多層膜は、Ｐ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過する膜であってもよい。

第３のガラス光学部品３ｃは、第１のガラス光学部品３ａと第２のガラス光学部品３ｂとの間に配置されている。

なお、各ガラス光学部品の配置は特に限定されず、光路を変更する方向に合わせて、各ガラス光学部品を適宜の位置に配置することができる。また、本実施形態では、ガラス光学部品は、２個のプリズム及び１個の偏光ビームスプリッタであるが、ガラス光学部品の種類や個数は特に限定されない。

図１に示すように、光学部品ユニット１に入射した光Ａは、第１のガラス光学部品３ａの入射面３ａ１から入射し、反射面３ａ２において反射される。反射面３ａ２において反射された光Ａは、出射面３ａ３から出射され、第３のガラス光学部品３ｃの第１の面３ｃ１上の誘電体多層膜に至る。光Ａは第３のガラス光学部品３ｃにより、Ｓ偏光である偏光ＳとＰ偏光である偏光Ｐとに分離される。

偏光Ｓは、第１の面３ｃ１上の誘電体多層膜において反射され、光学部品ユニット１から出射される。偏光Ｐは、第１の面３ｃ１から入射し、第２の面３ｃ２から出射される。第３のガラス光学部品３ｃから出射された偏光Ｐは、第２のガラス光学部品３ｂの入射面３ｂ１から入射する。

偏光Ｐは、反射面３ｂ２において反射され、出射面３ｂ３から出射される。第２のガラス光学部品３ｂから出射された偏光Ｐは、光学部品ユニット１から出射される。

第１のガラス光学部品３ａの入射面３ａ１及び出射面３ａ３には、反射防止膜が形成されていることが好ましい。それによって、反射による光量の低減を抑制することができ、光の利用効率を高めることができる。同様に、第２のガラス光学部品３ｂの入射面３ｂ１、出射面３ｂ３及び第３のガラス光学部品３ｃの第２の面３ｃ２にも、反射防止膜が設けられていることが好ましい。

本実施形態の特徴は、ガラス基板２上に光路分離を行うためのガラス光学部品３が設けられていることにある。ガラス基板２と、ガラス光学部品３との熱膨張係数の差は小さい。従って、温度変化によるガラス光学部品３の位置ずれを抑制することができる。

加えて、本実施形態では、第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃは、無機接着剤によりガラス基板２に接合されている。無機接着剤は、水分や熱などにより劣化し難い。よって、光学部品ユニット１の信頼性を効果的に高めることができる。

無機接着剤は、ガラスペーストからなることが好ましい。この場合には、第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃと無機接着剤との熱膨張係数の差が小さいため、温度変化による位置ずれをより一層抑制することができる。

第３のガラス光学部品３ｃは、板状の光学部品には限定されない。例えば、図２に示す第１の実施形態の変形例における第３のガラス光学部品３３ｃのように、２個のプリズムが誘電体多層膜を介して貼り合わされたものであってもよい。第３のガラス光学部品３３ｃの入射面３３ｃ１及び出射面３３ｃ３には、反射防止膜が形成されていることが好ましい。それによって、光の利用効率を高めることができる。

光学部品ユニット１は、光路分離モジュールに用いることができる。より具体的には、本実施形態の光学部品ユニット１は、光路分離モジュールとしての、偏光分離モジュールに用いることができる。

図３に示すように、光路分離モジュール４０は、例えば、光学部品ユニット１を配置するための筐体４７及び筐体４７に接続された複数の光ファイバー４８ａ〜４８ｃを有する。この場合、光学部品ユニット１は、筐体４７内に配置される。

光信号Ｂが光ファイバー４８ａを通り、筐体４７内に入射する。入射した光信号Ｂは、光学部品ユニット１により光路分離される。第２，第３のガラス光学部品３ｂ，３ｃから出射された各光信号Ｂｐ及びＢｓは、各光ファイバー４８ｂ，４８ｃに入射する。

ここで、光路分離モジュール４０の筐体４７は、例えば、ＳＵＳなどからなる。第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃは、ＳＵＳよりも熱膨張係数が小さいガラス基板２上に設けられている。よって、温度変化による複数のガラス光学部品３の位置ずれを抑制することができる。これにより、光学部品ユニット１において、第２，第３のガラス光学部品３ｂ，３ｃから出射される各光信号Ｂｐ，Ｂｓの進行方向の精度を高めることができる。従って、光路分離モジュール４０の各光ファイバー４８ｂ，４８ｃに各光信号Ｂｐ，Ｂｓをより確実に入射させることができる。

なお、光学部品ユニット１を光路分離モジュール４０の筐体４７内に配置すればよいため、筐体４７内において個々のガラス光学部品３の位置決めを行うことを要しない。よって、複数のガラス光学部品３の位置精度を容易に高めることができる。

光路分離モジュール４０の筐体４７内には、光学部品ユニット１を配置する部分に位置決め部４９が設けられていることが好ましい。位置決め部４９の個数は特に限定されない。位置決め部４９は、例えば、筐体４７の光学部品ユニット１が配置される面に設けられたＬ字形状などの平面形状を有する突出部であってもよい。位置決め部４９にガラス基板２が接するように光学部品ユニット１を配置することにより、容易に位置決めすることができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る光学部品ユニットの平面図である。光学部品ユニット１１は、第３のガラス光学部品１３ｃが光量分離用の光学部品である点で、第１の実施形態と異なる。上記以外の点においては、光学部品ユニット１１は、第１の実施形態の光学部品ユニット１と同様の構成を有する。

より具体的には、第３のガラス光学部品１３ｃは、反射率が５０％の板状の光学部品である。第１のガラス光学部品３ａから出射された光Ａは、第３のガラス光学部品１３ｃの第１の面１３ｃ１に至る。第１の面１３ｃ１において、光Ａの５０％の光量の光Ａ１が反射される。他方、光Ａの５０％の光量の光Ａ２が第１の面１３ｃ１から第３のガラス光学部品１３ｃに入射する。光Ａ２は、第２の面１３ｃ２から出射される。このように、光Ａが光Ａ１及び光Ａ２に分離される。

本実施形態においても、温度変化による複数のガラス光学部品１３の位置ずれを抑制することができる。

なお、第３のガラス光学部品１３ｃは、反射率が５０％以外の適宜の値である光学部品であってもよい。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る光学部品ユニットの平面図である。光学部品ユニット２１は、第３のガラス光学部品２３ｃが、ある一定の波長域の光を透過し、他の波長域の光を反射する波長選択層を有する点で、第１の実施形態と異なる。上記以外の点においては、光学部品ユニット２１は、第１の実施形態の光学部品ユニット１と同様の構成を有する。

より具体的には、波長選択層は、第３のガラス光学部品２３ｃの第１の面２３ｃ１に設けられている。ここで、光Ａは様々な波長の光を含む。光Ａは、上記波長選択層を透過しない波長域の光Ｃ１及び上記波長選択層を透過する波長域の光Ｃ２を含む。よって、第１のガラス光学部品３ａから出射された光Ａが波長選択層に至ると、光Ｃ２は波長選択層を透過し、第１の面２３ｃ１から第３のガラス光学部品２３ｃに入射する。光Ｃ２は、第２の面２３ｃ２から出射される。他方、波長選択層を透過しない光Ｃ１は、波長選択層において反射される。

本実施形態においても、複数のガラス光学部品２３の位置精度を容易に高めることができる。

（製造方法）
以下において、第１の実施形態に係る光学部品ユニットの製造方法の一例を説明する。

図１に示したガラス基板２及び第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃを用意する。なお、第１，第２のガラス光学部品３ａ，３ｂを用意するに際し、それぞれの入射面３ａ１，３ｂ１及び出射面３ａ３，３ｂ３に、反射防止膜を形成する。同様に、第３のガラス光学部品３ｃを用意するに際し、第１の面３ｃ１に誘電体多層膜を、第２の面３ｃ２に反射防止膜をそれぞれ形成する。

図６は、第１の実施形態に係る光学部品ユニットの製造方法を説明するための平面図である。図７は、第１の実施形態に係る光学部品ユニットの製造方法を説明するための、図６中のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。

図６及び図７に示すように、ガラス基板２を、第１の治具４上に載置する。具体的には、第１の治具４に凹部４ａが形成されており、この凹部４ａに嵌合させるようにガラス基板２を載置する。このとき、凹部４ａの側壁部にガラス基板２の側面２ａが接するように、ガラス基板２を載置する。

なお、第１の治具４は凹部４ａを有していなくてもよい。この場合には、第１の治具４は、ガラス基板２を位置決めするための、ガラス基板２を載置する面に設けられた突出部などを有していればよい。

図８は、第１の実施形態に係る光学部品ユニットの製造方法を説明するための平面図である。図９は、第１の実施形態に係る光学部品ユニットの製造方法を説明するための、図８中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

図８及び図９に示すように、次に、ガラス基板２上及び第１の治具４上に、第２の治具５を載置する。第２の治具５には第１の位置決め部５ａが設けられており、第１の位置決め部５ａがガラス基板２の側面２ａに接するように、第２の治具５を載置する。

第２の治具５のガラス基板２側の側面５ｅには、第２の位置決め部５ｂ、第３の位置決め部５ｃ、及び第４の位置決め部５ｄがそれぞれ形成されている。第２の位置決め部５ｂは、互いに直行する位置決め面５ｂ１及び５ｂ２から形成されるコーナー部より構成されている。第３の位置決め部５ｃは、互いに直行する位置決め面５ｃ１及び５ｃ２から形成されるコーナー部より構成されている。第４の位置決め部５ｄは、互いに直行する位置決め面５ｄ１及び５ｄ２から形成されるコーナー部より構成されている。

第１のガラス光学部品３ａは、その側面を位置決め面５ｂ１に接するように沿わせ、側面の先端を位置決め面５ｂ２に当接させることにより、位置決めすることができる。第２のガラス光学部品３ｂは、その側面を位置決め面５ｄ２に接するように沿わせ、側面の先端を位置決め面５ｄ１に当接させることにより、位置決めすることができる。第３のガラス光学部品３ｃは、その側面を位置決め面５ｃ１に接するように沿わせ、側面の先端を位置決め面５ｃ２に当接させることにより、位置決めすることができる。

上記のように、第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃを、それぞれ第２の位置決め部５ｂ、第３の位置決め部５ｃ及び第４の位置決め部５ｄで位置決めした状態で、ガラス基板２上に配置することができる。図９に示すように、第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃの各底面と、ガラス基板２との間には、それぞれ無機接着剤７を配置する。無機接着剤７は、予め、第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃの各底面に塗布するか、あるいは第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃが配置されるガラス基板２の領域の上に塗布しておくことが好ましい。必要に応じて、その両方に塗布しておいてもよい。

図１０は、第１の実施形態に係る光学部品ユニットの製造方法を説明するための、第１のガラス光学部品の入射面に平行な方向に沿う断面図である。図１０に示すように、次に、第３の治具６により、第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃの各上面を、各底面に向かう方向に押圧する。それによって、第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃをガラス基板２上に固定する。次に、加熱を行い、無機接着剤７により第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃをガラス基板２に接合する。

第３の治具６により第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃを固定しているため、加熱に際しても位置ずれが生じ難い。さらに、ガラス基板２と第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃとの熱膨張係数の差が小さいため、より一層位置ずれが生じ難い。

加えて、図８に示した第２の治具５の第２の位置決め部５ｂ、第３の位置決め部５ｃ及び第４の位置決め部５ｄに合わせて第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃをそれぞれ配置し、ガラス基板２に接合するため、位置精度を容易に高めることができる。

なお、第１〜第３の治具４〜６を用いずに光学部品ユニット１を製造することもできる。この場合においても、ガラス基板２上に第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃを接合すればよいため、第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃの位置決めを容易に行うことができる。従って、第１〜第３のガラス光学部品３ａ〜３ｃの位置精度を容易に高めることができる。

１…光学部品ユニット
２…ガラス基板
２ａ…側面
３…ガラス光学部品
３ａ〜３ｃ…第１〜第３のガラス光学部品
３ａ１，３ｂ１…入射面
３ａ２，３ｂ２…反射面
３ａ３，３ｂ３…出射面
３ｃ１，３ｃ２…第１，第２の面
４…第１の治具
４ａ…凹部
５…第２の治具
５ａ〜５ｄ…第１〜第４の位置決め部
５ｂ１〜５ｄ１…位置決め面
５ｂ２〜５ｄ２…位置決め面
５ｅ…側面
６…第３の治具
７…無機接着剤
１１，２１…光学部品ユニット
１３，２３…ガラス光学部品
１３ｃ，２３ｃ…第３のガラス光学部品
１３ｃ１，２３ｃ１…第１の面
１３ｃ２，２３ｃ２…第２の面
３３ｃ…第３のガラス光学部品
３３ｃ１…入射面
３３ｃ３…出射面
４０…光路分離モジュール
４７…筐体
４８ａ〜４８ｃ…光ファイバー
４９…位置決め部

Claims (3)

1. ガラス基板と、
   前記ガラス基板上に設けられている、光路分離を行うためのガラス光学部品とを備える、光学部品ユニット。
2. 前記ガラス光学部品が、前記ガラス基板に、無機接着剤により接合されている、請求項１に記載の光学部品ユニット。
3. 光路分離モジュールに用いられる、請求項１または２に記載の光学部品ユニット。

Images