JP2018036637A - Lens array, fiber ray module and light reception module - Google Patents

Lens array, fiber ray module and light reception module Download PDF

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基博 中原
博 照井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lens array that can maintain a proper interval without increasing the number of components, and processing steps.SOLUTION: The present disclosure is a lens array that comprises: a plurality of aspherical lenses 23 that is held in a flat holding surface 24A, and has a central axis Aof the aspherical lens 23 parallely arranged in a prescribed plane surface Pvertical to the holding surface 24A; a lens holding part 24 that holds the plurality of aspherical lenses 23 on the holding surface 24A; and a plurality of spacers 22 that is arranged in the holding surface 24A, and has a vertex surface 22A at a position where a height from the holding surface 24A is higher than the plurality of aspherical lenses 23, in which each vertex surface 22A provided in the spacer 22 is inclined at an equal prescribed angle relative to the holding surface 24A vertical to the optical axis Aof the aspherical lens 23.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、レンズアレイ、ファイバアレイモジュール及び受光モジュールに関する。   The present disclosure relates to a lens array, a fiber array module, and a light receiving module.

WDM伝送用の受光モジュールが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1の受光モジュールは、ファイバアレイから出射したビームをレンズアレイでコリメートし、伝送路中の光をモニタするために、ビームの一部をビームスプリッタバーで分岐し、後段に設置されたPDで受光する。ビームスプリッタバーで反射された光は、レンズアレイを介して光ファイバに戻される。   A light receiving module for WDM transmission has been proposed (see, for example, Patent Document 1). The light receiving module of Patent Document 1 collimates a beam emitted from a fiber array with a lens array, branches a part of the beam with a beam splitter bar, and monitors a light in a transmission path, and installs a PD installed in a subsequent stage. Receive light at. The light reflected by the beam splitter bar is returned to the optical fiber through the lens array.

特許文献1の受光モジュールは、ビームスプリッタバーで反射された光を光ファイバに戻すために、光ファイバとレンズの間隔やレンズアレイとビームスプリッタの間隔を適切に保つ必要である。   In order to return the light reflected by the beam splitter bar to the optical fiber, the light receiving module of Patent Document 1 needs to appropriately maintain the distance between the optical fiber and the lens and the distance between the lens array and the beam splitter.

一方で、レンズアレイとの適切な間隔を保つための技術が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2では、光ファイバとレンズアレイの間隔に適したスペーサ、レンズアレイと光フィルタとの間隔に適した透明部材、光フィルタとフォトダイオードとの間隔に適したスペーサ、透明部材を順に配置し、それらにガイドピンを通し、外部から締め付け機構で固定する。   On the other hand, a technique for maintaining an appropriate distance from the lens array has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In Patent Document 2, a spacer suitable for the distance between the optical fiber and the lens array, a transparent member suitable for the distance between the lens array and the optical filter, a spacer suitable for the distance between the optical filter and the photodiode, and a transparent member are sequentially arranged. Then, pass the guide pins through them and fix them with the tightening mechanism from the outside.

特開2009−093131号公報JP 2009-093131 A 特開2005−043762号公報JP 2005-037662 A 特開平3−131803号公報JP-A-3-131803

特許文献2の技術は、透明部材とスペーサが必要であるため、部品点数が増える問題がある。また、特許文献2の技術は、スペーサも含めた各構成部品にガイド孔加工が必要である上、全体を締め付け固定する機構が必要であるため、加工工程が増加する問題がある。   The technique of Patent Document 2 requires a transparent member and a spacer, and thus has a problem that the number of parts increases. In addition, the technique of Patent Document 2 requires a guide hole for each component including the spacers, and also requires a mechanism for fastening and fixing the whole, so that there is a problem that the number of processing steps increases.

そこで、本開示は、部品点数及び加工工程を増加させずに、適切な間隔を保つことの可能なレンズアレイの提供を目的とする。   Therefore, an object of the present disclosure is to provide a lens array capable of maintaining an appropriate interval without increasing the number of parts and the processing steps.

本開示のレンズアレイは、
平坦な保持面に保持され、前記保持面と垂直な所定平面内にレンズの中心軸が並列に配置されている複数の非球面レンズと、
平坦な前記保持面上で前記複数の非球面レンズを保持するレンズ保持部と、
前記保持面に配置され、前記保持面からの高さが前記複数の非球面レンズよりも高い位置に凸面を有する複数の凸部と、
を備え、
前記複数の凸部に備わる各凸面は、前記非球面レンズの光軸に垂直な面に対して等しい所定の角度で傾斜している。
The lens array of the present disclosure includes:
A plurality of aspheric lenses that are held by a flat holding surface and in which a central axis of the lens is arranged in parallel in a predetermined plane perpendicular to the holding surface;
A lens holding unit for holding the plurality of aspheric lenses on the flat holding surface;
A plurality of convex portions arranged on the holding surface and having convex surfaces at positions higher than the plurality of aspheric lenses from the holding surface;
With
Each convex surface provided in the plurality of convex portions is inclined at a predetermined angle equal to a surface perpendicular to the optical axis of the aspheric lens.

本開示のレンズアレイは、
平坦な保持面に保持され、前記保持面と垂直な所定平面内にレンズの中心軸が並列に配置されている複数の非球面レンズと、
平坦な前記保持面上で前記複数の非球面レンズを保持するレンズ保持部と、
前記保持面に配置され、前記保持面からの高さが前記複数の非球面レンズよりも高い位置に凸面を有する複数の凸部と、
を備え、
前記複数の凸部に備わる各凸面は、前記非球面レンズの光軸に垂直な面と平行であり、
前記保持部の前記凸面に対向する裏面が、前記非球面レンズの光軸に垂直な面に対して等しい所定の角度で傾斜している。
The lens array of the present disclosure includes:
A plurality of aspheric lenses that are held by a flat holding surface and in which a central axis of the lens is arranged in parallel in a predetermined plane perpendicular to the holding surface;
A lens holding unit for holding the plurality of aspheric lenses on the flat holding surface;
A plurality of convex portions arranged on the holding surface and having convex surfaces at positions higher than the plurality of aspheric lenses from the holding surface;
With
Each convex surface provided in the plurality of convex portions is parallel to a surface perpendicular to the optical axis of the aspheric lens,
A back surface of the holding portion facing the convex surface is inclined at a predetermined angle equal to a surface perpendicular to the optical axis of the aspheric lens.

本開示のファイバアレイモジュールは、
2本の光ファイバごとに1つの前記非球面レンズを有し、各々の前記非球面レンズが前記2本の光ファイバからの光を前記非球面レンズごとに定められた反射面の一点に集光する、本開示の第1のレンズアレイと、
前記第1のレンズアレイに備わる各々の前記非球面レンズに対して2本の光ファイバを有し、各光ファイバの長手方向が前記所定平面内で前記非球面レンズの中心軸と平行に配置されているファイバアレイと、
を備える。
The fiber array module of the present disclosure includes:
Each of the two optical fibers has one aspheric lens, and each of the aspheric lenses condenses light from the two optical fibers on one point of a reflection surface defined for each of the aspheric lenses. A first lens array of the present disclosure;
Each of the aspheric lenses included in the first lens array has two optical fibers, and the longitudinal direction of each optical fiber is arranged in parallel to the central axis of the aspheric lens within the predetermined plane. Fiber array
Is provided.

本開示のファイバアレイモジュールは、
各々の前記非球面レンズの前記反射面を形成し、前記一点に集光された光の一部を透過し、前記一点に集光された光の一部を反射する部分透過膜と、
前記部分透過膜から透過された光を透過する複数の貫通孔を有し、前記部分透過膜から透過された各々の光が異なる前記貫通孔の一端に入射され、前記貫通孔を通過後の光を各貫通孔の他端から出射する光部品と、
前記複数の貫通孔の前記他端から出射された各光を前記貫通孔ごとに定められた点に集光する第2のレンズアレイと、
をさらに備えていてもよい。
ここで、前記貫通孔にGRINレンズを配置し、前記第2レンズアレイを省略してもよい。この場合、前記光部品は、GRINレンズで定められた集光点に集光する。
The fiber array module of the present disclosure includes:
Forming a reflecting surface of each of the aspherical lenses, transmitting a part of the light condensed at the one point, and reflecting a part of the light condensed at the one point;
Light having a plurality of through holes that transmit the light transmitted from the partial transmission film, and each light transmitted from the partial transmission film is incident on one end of the different through holes, and the light after passing through the through holes An optical component that emits from the other end of each through-hole,
A second lens array for condensing each light emitted from the other end of the plurality of through holes at a point determined for each through hole;
May be further provided.
Here, a GRIN lens may be disposed in the through hole, and the second lens array may be omitted. In this case, the optical component condenses at a condensing point determined by the GRIN lens.

本開示の受光モジュールは、本開示に係るファイバアレイモジュールと、受光素子アレイと、を備える。   The light receiving module of the present disclosure includes a fiber array module according to the present disclosure and a light receiving element array.

本開示によれば、部品点数及び加工工程を増加させずに、適切な間隔を保つことの可能なレンズアレイを提供することができる。   According to the present disclosure, it is possible to provide a lens array capable of maintaining an appropriate interval without increasing the number of parts and the processing steps.

第1の実施形態に係るファイバアレイモジュールの構成例を示す。The structural example of the fiber array module which concerns on 1st Embodiment is shown. 第1の実施形態に係るレンズアレイの第1例である。It is a 1st example of the lens array which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るレンズアレイの第2例である。It is a 2nd example of the lens array which concerns on 1st Embodiment. ガラスモールド工程の模式図である。It is a schematic diagram of a glass mold process. 第1の実施形態の光ファイバ−レンズ光学系の一例である。It is an example of the optical fiber lens optical system of 1st Embodiment. 第1の実施形態におけるパラメータの一例である。It is an example of the parameter in 1st Embodiment. 第2の実施形態に係るファイバアレイモジュールの構成例を示す。The structural example of the fiber array module which concerns on 2nd Embodiment is shown. 第2の実施形態に係るレンズアレイの第1例である。It is a 1st example of the lens array which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るレンズアレイの第2例である。It is a 2nd example of the lens array which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態の光ファイバ−レンズ光学系の一例である。It is an example of the optical fiber lens optical system of 2nd Embodiment. 第2の実施形態におけるパラメータの一例である。It is an example of the parameter in 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るファイバアレイモジュールの一例を示す。An example of the fiber array module which concerns on 3rd Embodiment is shown. 第3の実施形態に係る受光モジュールの一例を示す。An example of the light reception module which concerns on 3rd Embodiment is shown. 第4の実施形態に係るファイバアレイモジュールの一例を示す。An example of the fiber array module which concerns on 4th Embodiment is shown. 第4の実施形態に係る受光モジュールの一例を示す。An example of the light reception module which concerns on 4th Embodiment is shown. 第5の実施形態におけるファイバアレイのz方向からみた接続面の一例を示す。An example of the connection surface seen from the z direction of the fiber array in 5th Embodiment is shown. 第5の実施形態における受光モジュールのx方向からみた構成の一例を示す。An example of the structure seen from the x direction of the light reception module in 5th Embodiment is shown. 第3の実施形態に係るファイバアレイとレンズアレイの拡大図の一例を示す。An example of the enlarged view of the fiber array and lens array which concern on 3rd Embodiment is shown. 第3の実施形態に係るファイバアレイモジュールの他の一例を示す。The other example of the fiber array module which concerns on 3rd Embodiment is shown. 第3の実施形態に係る受光モジュールの他の一例を示す。The other example of the light reception module which concerns on 3rd Embodiment is shown. 第3の実施形態に係るファイバアレイモジュールの他の一例を示す。The other example of the fiber array module which concerns on 3rd Embodiment is shown.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this indication is not limited to embodiment shown below. These embodiments are merely examples, and the present disclosure can be implemented in various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

(第1の実施形態)
図1に、本実施形態に係るファイバアレイモジュールの構成例を示す。本実施形態に係るファイバアレイモジュールは、複数の非球面レンズ23−1〜23−4が配列されているレンズアレイ2と、複数の光ファイバ11A及び11Bが配列されているファイバアレイ1と、を備える。ファイバアレイ1及びレンズアレイ2は、4つのファイバ−レンズ光学系が、所定平面P上に並列に配置されている例を示す。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration example of the fiber array module according to the present embodiment. The fiber array module according to this embodiment includes a lens array 2 in which a plurality of aspherical lenses 23-1 to 23-4 are arranged, and a fiber array 1 in which a plurality of optical fibers 11A and 11B are arranged. Prepare. Fiber array 1 and the lens array 2 has four fibers - shows an example of a lens optical system, are arranged in parallel on a predetermined plane P C.

レンズアレイ2に備わる各非球面レンズ23は、ファイバ−レンズ光学系を基本単位として備える。各非球面レンズの中心軸である光軸Aは、所定平面P内に並列に配列されている。ファイバアレイ1は、各々の非球面レンズ23−1〜23−4に対して2本の光ファイバ11A及び11Bを有する。 Each aspherical lens 23 provided in the lens array 2 includes a fiber-lens optical system as a basic unit. The optical axis A C is the center axis of each aspherical lens is arranged in parallel in a predetermined plane P C. The fiber array 1 has two optical fibers 11A and 11B for each aspheric lens 23-1 to 23-4.

図2及び図3に、レンズアレイの構成例を示す。本実施形態に係るレンズアレイ2は、複数の非球面レンズ23と、レンズ保持部24と、適切な間隔を保つための複数のスペーサ22と、を備える。図2のレンズアレイ2は2個のスペーサ22−1及び22−2を備え、図3のレンズアレイ2は4個のスペーサ22−1,22−2,22−3,22−4を備える。複数のスペーサ22の面積は、非球面レンズ23のレンズ保持面24への投影面積よりも広いことが好ましい。   2 and 3 show examples of the configuration of the lens array. The lens array 2 according to the present embodiment includes a plurality of aspherical lenses 23, a lens holding unit 24, and a plurality of spacers 22 for maintaining an appropriate interval. The lens array 2 in FIG. 2 includes two spacers 22-1 and 22-2, and the lens array 2 in FIG. 3 includes four spacers 22-1, 22-2, 22-3, and 22-4. The area of the plurality of spacers 22 is preferably larger than the projected area of the aspherical lens 23 onto the lens holding surface 24.

レンズ保持部24は、平坦なレンズ保持面24A上で複数の非球面レンズ23を保持する。非球面レンズ23は、平坦なレンズ保持面24Aに保持され、レンズ保持面24Aと垂直な所定平面P内に非球面レンズ23の中心軸Aが並列に配置されている。図2の例では、xy面に平行なレンズ保持面24Aに、x軸方向をアレイ方向とする非球面レンズ23が形成されている。 The lens holding unit 24 holds a plurality of aspheric lenses 23 on a flat lens holding surface 24A. Aspheric lens 23 is held in a flat lens holding surface 24A, the central axis A C of the aspheric lens 23 are arranged in parallel to the lens holding surface 24A perpendicular predetermined plane P C. In the example of FIG. 2, an aspherical lens 23 having the x-axis direction as the array direction is formed on a lens holding surface 24A parallel to the xy plane.

複数のスペーサ22は、レンズ保持面24Aのうち、複数の非球面レンズ23の配列方向であるx軸方向の両脇に、非球面レンズ23−1及び23−4に隣接するように配置されている。例えば、図2において、非球面レンズ23−1とスペーサ22−1の間S22,23、非球面レンズ23−4とスペーサ22−2の間S22,23は、図中のy方向に平行な点線で示すように、レンズ保持面24A上にて平坦部が確保されていることが好ましい。これにより、ファイバアレイ1との接続作業のときは、図のy方向から観察すれば、ファイバアレイ1とレンズアレイ2全体の位置関係を確認することができる。 The plurality of spacers 22 are arranged on both sides of the lens holding surface 24A in the x-axis direction, which is the arrangement direction of the plurality of aspheric lenses 23, so as to be adjacent to the aspheric lenses 23-1 and 23-4. Yes. For example, in FIG. 2, while S 22, 23 of the aspherical lens 23-1 and the spacer 22-1, between S 22, 23 of the aspherical lens 23-4 and the spacer 22-2, parallel to the y direction in FIG. As indicated by a dotted line, it is preferable that a flat portion is secured on the lens holding surface 24A. Thereby, at the time of connection work with the fiber array 1, the positional relationship between the fiber array 1 and the entire lens array 2 can be confirmed by observing from the y direction in the figure.

また、複数のスペーサ22は、レンズ保持面24Aのうち、複数の非球面レンズ23の配列方向に直交するy方向における複数の非球面レンズ23の両端よりも外側に配置されている。例えば、図3に示すように、x方向から観た時にも、非球面レンズ23の全体がy軸方向からと同じように見えるように、そのx方向投影部分だけ削り取ったようなスペーサ22の形をしていることが好ましい。これにより、ファイバアレイ1との接続作業の時に、y方向からだけでなく、x方向からも光ファイバと非球面レンズ23との位置関係を確認することができる。   In addition, the plurality of spacers 22 are arranged outside both ends of the plurality of aspheric lenses 23 in the y direction orthogonal to the arrangement direction of the plurality of aspheric lenses 23 in the lens holding surface 24A. For example, as shown in FIG. 3, when viewed from the x direction, the shape of the spacer 22 is such that only the projected portion in the x direction is scraped so that the entire aspherical lens 23 looks the same as from the y axis direction. It is preferable that Thereby, at the time of connection work with the fiber array 1, the positional relationship between the optical fiber and the aspherical lens 23 can be confirmed not only from the y direction but also from the x direction.

本実施形態のスペーサ22は、レンズアレイ2と一体に形成されている。このため、部品点数を増やさず、かつ、加工工程の数を増加させずに、ファイバアレイ1とレンズアレイ2との適切な間隔を保つことができる。この場合、レンズアレイ2の凹部加工と同時にスペーサ22が加工されるため、スペーサ22の側壁はレンズアレイ2の凹部加工の曲率半径R22で湾曲している。曲率半径R22は、例えば150μmである。 The spacer 22 of this embodiment is formed integrally with the lens array 2. For this reason, it is possible to maintain an appropriate distance between the fiber array 1 and the lens array 2 without increasing the number of parts and without increasing the number of processing steps. In this case, since the spacer 22 is processed simultaneously with the recess processing of the lens array 2, the side wall of the spacer 22 is curved at the curvature radius R 22 of the recess processing of the lens array 2. The radius of curvature R 22 is, for example, 150 [mu] m.

スペーサ22は、レンズ保持面24Aからの高さが複数の非球面レンズ23よりも高い位置に凸面すなわち頂上面22Aを有する。レンズアレイ2の裏面24Bはレンズ保持面24Aと平行になっており、部分透過膜4が付着されている。各頂上面22Aは、非球面レンズ23の光軸Aに垂直な面に対して等しい所定の角度で傾斜している。図2の例では、スペーサ22の頂上面22Aのレンズ光軸アレイで構成された平面(xz面に平行な面)との交線と非球面レンズ23の頂点との距離は図6に示す凸側焦点距離fvになるように設定されており、その状態で、頂上面22Aはファイバアレイ1の端面の傾きに合わせてxy面に対して所定の角度斜めになっている。所定の角度は、略8度であり、例えば7°以上9°以下である。なお、所定の角度は、8度に限定されるものではない。 The spacer 22 has a convex surface, that is, a top surface 22A at a position where the height from the lens holding surface 24A is higher than the plurality of aspherical lenses 23. The rear surface 24B of the lens array 2 is parallel to the lens holding surface 24A, and the partial transmission film 4 is attached thereto. Each top surface 22A is inclined at a predetermined angle equal with respect to a plane perpendicular to the optical axis A C of the aspheric lens 23. In the example of FIG. 2, the distance between the intersection line of the top surface 22A of the spacer 22 with the plane (surface parallel to the xz plane) formed by the lens optical axis array and the apex of the aspherical lens 23 is the convexity shown in FIG. In this state, the top surface 22A is inclined at a predetermined angle with respect to the xy plane in accordance with the inclination of the end surface of the fiber array 1. The predetermined angle is about 8 degrees, for example, not less than 7 ° and not more than 9 °. The predetermined angle is not limited to 8 degrees.

図4に、レンズアレイ2の作製例を示す。本実施形態に係るレンズアレイ2は、ガラスモールド工程を用いて作製することができる。ステンレス鋼(SUS304)等で作られたピストン状の上金型53とレンズ形状とともにスペーサ22の形状の凹部が掘りこまれた下金型54の間に、所望する出来上がり体積の原料ガラス塊55を挟み、真空中、屈伏点以上の高温でプレスする。当然ながら、下金型形状は、レンズアレイ2より、スペーサ22用の凹部のほうが深くなる。   FIG. 4 shows an example of manufacturing the lens array 2. The lens array 2 according to the present embodiment can be manufactured using a glass mold process. Between the piston-shaped upper mold 53 made of stainless steel (SUS304) or the like and the lower mold 54 in which the concave portion having the shape of the spacer 22 is dug together with the lens shape, a raw material glass lump 55 having a desired finished volume is formed. It is sandwiched and pressed at a high temperature above the yield point in a vacuum. As a matter of course, in the lower mold shape, the concave portion for the spacer 22 is deeper than the lens array 2.

原料ガラス塊がプレスされた際、スペーサ22用の凹部に原料が流れ込んで下金型形状がガラス隗55に転写されるわけであるが、プレス工程での原料の移動しやすさを確保するため、スペーサ22用の凹部の深さdはレンズアレイ2の平坦部厚みtより浅くしておくことが好ましい。プレス工程での原料移動が不十分な場合、見かけ上凹部が隙間なく埋まったとしても、冷却後に大きな形状誤差や、残留応力による割れが発生する可能性がある。スペーサ22用の凹部の深さdがレンズアレイ2の平坦部の厚みtより浅くすれば、プレス工程での原料移動が十分に行き渡り、冷却後の形状誤差や割れの発生を防ぐことができる。 When the raw glass lump is pressed, the raw material flows into the recess for the spacer 22 and the lower mold shape is transferred to the glass bowl 55. In order to ensure the ease of movement of the raw material in the pressing process. The depth d s of the recess for the spacer 22 is preferably shallower than the flat portion thickness t b of the lens array 2. If the movement of the raw material in the pressing process is insufficient, even if the concave portion is apparently filled without a gap, a large shape error or cracking due to residual stress may occur after cooling. If the depth d s of the concave portion for the spacer 22 is made shallower than the thickness t b of the flat portion of the lens array 2, the material movement in the pressing process is sufficiently spread, and it is possible to prevent occurrence of shape errors and cracks after cooling. it can.

図5に、本実施形態に係る第1のファイバ−レンズ光学系を示す。以下方向は図中の直交xyz座標軸に倣って説明する。図の左側には、xz平面内において、z軸に平行で、x軸方向に等しいファイバ間隔dで光ファイバ11A及び11Bの並べられたファイバアレイ1が配置されている。ファイバアレイ1は、x軸に平行でy軸に対して所定の角度をなす平面を端面として、例えば、テンパックスガラス等の筐体によって保持されて構成されている。 FIG. 5 shows a first fiber-lens optical system according to this embodiment. Hereinafter, the directions will be described following the orthogonal xyz coordinate axes in the drawing. The left side of the figure, in the xz plane, is parallel to the z-axis, the fiber array 1 arranged with the optical fiber 11A and 11B with equal fiber spacing d f in the x-axis direction is disposed. The fiber array 1 is configured to be held by a housing such as Tempax glass with a plane parallel to the x-axis and forming a predetermined angle with respect to the y-axis as an end surface.

図の右側には、z軸に平行な光軸を有する非球面レンズ23が光軸方向であるz軸に垂直な面を共通平面としてx軸方向にファイバ間隔dの倍の間隔2dでアレイ化されて、その凸側をファイバアレイ1に向けて後述する所定の距離の空気層3を挟んで配置されている。レンズ保持面24Aと裏面24Bの厚みは、非球面レンズ23と裏面24Bとの距離が図中に示す凹側焦点距離fに一致するように設定されている。 On the right side of the figure, an aspheric lens 23 fiber spacing in the x-axis direction as a common plane plane perpendicular to the z axis is the optical axis direction d f times the spacing 2d f having an optical axis parallel to the z-axis An array is formed, and the convex side of the air layer 3 is arranged with a predetermined distance, which will be described later, facing the fiber array 1. The thickness of the lens holding surface 24A and the back surface 24B, the distance between the aspherical lens 23 and the back surface 24B is set to match the concave side focal length f c shown in FIG.

ファイバアレイ1とレンズアレイ2の相対位置は、x軸方向は、非球面レンズ23の光軸Aがファイバアレイ1の隣接する光ファイバ同士の中心線(この図では、光ファイバ11Aと光ファイバ11Bの中心線)に一致するように、y方向は、非球面レンズ23の光軸Aのアレイで形成された平面がファイバアレイ1に備わる各光ファイバ11A−1〜11A−4及び11B−1〜11B−4の中心線で形成された平面Pと一致するように、およびz方向は、ファイバアレイ1の端面とレンズアレイ2の凸面頂点との距離が非球面レンズ23の凸側焦点距離fに一致するように設定されている。図5の右端であるレンズアレイ2の裏面24B側の表面には、所定の波長の光を所望の比率で反射/透過する機能を有する部分透過膜4が付着せしめられている。このような構成において、光ファイバ11Aの端面P1から出射した光の経路を光線近似で考察する。 The relative position of the fiber array 1 and the lens array 2, x-axis direction, the center line (this figure the optical fibers to the optical axis A C of the aspheric lens 23 is adjacent the fiber array 1, the optical fiber 11A and the optical fiber to match 11B centerline of), y-direction, each optical fiber 11A-1~11A-4 and the optical axis a C array formed plane of the facilities in the fiber array 1 of the aspherical lens 23 11b- to match the 1~11B-4 plane P C formed at the centerline, and z directions, the distance between the convex vertices of the end surface and the lens array 2 of the fiber array 1 is convex-side focal point of the aspheric lens 23 It is set so as to match the distance f v. A partial transmission film 4 having a function of reflecting / transmitting light of a predetermined wavelength at a desired ratio is attached to the surface on the back surface 24B side of the lens array 2 which is the right end in FIG. In such a configuration, the path of light emitted from the end face P1 of the optical fiber 11A will be considered by light ray approximation.

光ファイバ11Aの端面P1は、凸側焦点面上に位置しているので、光ファイバ11Aの端面を点光源として、そこから出射してレンズアレイ2の対応する非球面レンズ23に入射した光は光軸A側に屈折して、光軸Aとある角度φをなす平行光線となって非球面レンズ23中を進む。その内で、光ファイバ11Aの端部から光軸であるz軸に平行に出射した光線すなわちレンズ内平行光の中心光線は、レンズに入射した後、凹側焦点を通ることになる。 Since the end face P1 of the optical fiber 11A is located on the convex focal plane, the light emitted from the end face of the optical fiber 11A as a point light source and incident on the corresponding aspherical lens 23 of the lens array 2 is is refracted to the optical axis a C side becomes parallel rays constituting the optical axis a C phrase angle φ proceeds medium aspheric lens 23. Among them, a light beam emitted from the end of the optical fiber 11A in parallel to the z-axis that is the optical axis, that is, the central light beam of the in-lens parallel light enters the lens and then passes through the concave focal point.

前述したように、非球面レンズ23の厚みがちょうど凹側焦点距離fに設定されていて、その部位が裏面24Bにおける平坦面となっており、そこに部分透過膜4が施されているので、当該平行光の所定の強度分は後述するように、部分透過膜4を透過して光軸Aに対してψの角度で出射するが、残りの強度分は部分透過膜4で上記した角度φで反射して、光軸に対して対称なx方向位置で再び非球面レンズ23の表面に達する。非球面レンズ23の表面に達した反射光は、凹側焦点を通ってきた平行光であり、光ファイバ11Aから出射され、非球面レンズ23に入射した光路と光軸Aに対して対称な経路をたどり、結局光軸Aに対して光ファイバ11Aの対称な位置にある光ファイバ11Bの端面P2に集光することになる。 As described above, the thickness of the aspheric lens 23 is set just to the concave side focal length f c, it has become the site and the flat surface on the back surface 24B, since there partial transmission film 4 is subjected , predetermined strength component of the parallel light as described later, but is transmitted through the partial transmission film 4 is emitted at an angle of ψ with respect to the optical axis a C, the remaining strength component are described above in part permeable membrane 4 The light is reflected at an angle φ and reaches the surface of the aspheric lens 23 again at a position in the x direction symmetrical to the optical axis. The reflected light reaches the surface of the aspheric lens 23 is a parallel light having passed through the concave side focal, emitted from the optical fiber 11A, symmetrical with respect to the non-light path incident on the spherical lens 23 and the optical axis A C follow a path, it will be focused on the end surface P2 of the optical fiber 11B in the symmetrical position of the optical fiber 11A with respect to the end optical axis a C.

ここで、もしも非球面レンズ23の厚みが凹側焦点距離fより薄いとすると反射平行光は、レンズ厚みがfの場合よりも光軸A側の表面に達することになり、そこで平行光は収束されず、光ファイバ11Bの端面P2ではより広がってしまう。一方、レンズ厚みがfより厚い場合は、反射光はより非球面レンズ23の外側表面に達することになり、平行光は収束されすぎて、光ファイバ11Bの端面P2では、結局広がってしまうことになる。いずれの場合でも、反射光線の光軸もファイバアレイ1のそれとはずれてしまう。光ファイバ11A及び11Bの端面P1、P2と非球面レンズ23間の距離は凸側焦点距離fに設定されており、同時にレンズアレイ2の裏面24Bは凹側焦点面であることが必要である。 Here, if parallel light reflected to the thickness of the aspheric lens 23 and thinner than the concave side focal length f c will become the lens thickness reaches the optical axis A C-side surface than in the case of f c, where parallel The light is not converged and spreads more at the end face P2 of the optical fiber 11B. On the other hand, if the lens thickness is thicker than f c, the reflected light will be reached more outer surface of the aspherical lens 23, the collimated light too is converged, the end face of the optical fiber 11B P2, it may spread Eventually become. In either case, the optical axis of the reflected light is also different from that of the fiber array 1. The optical fiber 11A and 11B the end faces P1, P2 of the distance between the aspheric lens 23 is set to the convex side focal length f v, it is necessary at the same time the rear surface 24B of the lens array 2 is concave focal plane .

尚、部分透過膜4で透過した光線は、図5に示すように、隣接媒質の屈折率が空気層3の屈折率nと同じであれば、レンズ屈折率n、角度φとスネル則に従う角度ψで出射する。また、図には示さないが、隣接媒質の屈折率がレンズアレイ2の屈折率と同じであれば、角度φで出射する。 As shown in FIG. 5, the light beam transmitted through the partially transmissive film 4 has a lens refractive index n c , an angle φ, and a Snell law if the refractive index of the adjacent medium is the same as the refractive index n v of the air layer 3. Is emitted at an angle ψ according to Although not shown in the figure, if the refractive index of the adjacent medium is the same as the refractive index of the lens array 2, the light is emitted at an angle φ.

このような反射光学系で光ファイバ11A及び11B間に低損失な結合を実現しようとした場合、非球面レンズ23に求められる表面形状は、2次以上の高次回転曲面となる。   When attempting to realize low-loss coupling between the optical fibers 11A and 11B with such a reflection optical system, the surface shape required for the aspherical lens 23 is a second-order or higher-order rotational curved surface.

本実施形態の構成を可能にするパラメータの設定例について説明する。まず、図5に示す諸パラメータの名称とその記号を図6左欄に示す。図5において、凸側焦点面に端面を有する光ファイバ11Aから出射して空気層3を通過して非球面レンズ23に入射した光線は、光軸とφの角度をなす平行光となる。従って、それら光線の内、レンズ光軸Aとレンズ表面の交点(すなわち非球面レンズ23の凸頂点)に入射した光線に対しては、非球面レンズ23の表面接平面はちょうど光軸と平行なz軸に垂直なので、光線の非球面レンズ23の中心への入射角ψ、出射角φと屈折率n、nの間にはスネル則が成り立つ。
(数1)
sinψ=nsinφ (1)
ただし、nは空気層3の屈折率、nはレンズアレイ2の屈折率である。
A parameter setting example that enables the configuration of the present embodiment will be described. First, the names and symbols of the parameters shown in FIG. 5 are shown in the left column of FIG. In FIG. 5, a light beam emitted from an optical fiber 11A having an end surface on the convex focal plane, passing through the air layer 3 and entering the aspherical lens 23 becomes parallel light having an angle of φ with the optical axis. Accordingly, among these rays, the surface tangent plane of the aspherical lens 23 is exactly parallel to the optical axis for the ray incident on the intersection of the lens optical axis AC and the lens surface (that is, the convex vertex of the aspherical lens 23). because perpendicular to a z-axis, the incident angle to the center of the aspherical lens 23 of the beam [psi, the outgoing angle φ and the refractive index n v, Snell law holds between n c.
(Equation 1)
n v sinψ = n c sinφ (1)
However, n v is the refractive index of the air layer 3, the n c is the refractive index of the lens array 2.

また、ファイバアレイ1はファイバ間隔dで、レンズアレイ2はその倍の2dでアレイ化されているため、凸側、凹側それぞれの焦点距離f、fは、ファイバ間隔dとレンズ中心入射角ψ、および出射角度φの値を与えれば、以下の(2)式及び(3)式で決まる。
(数2)
=(dcotψ)/2 (2)
(数3)
=(dcotφ)/2 (3)
Further, in the fiber array 1 is fiber spacing d f, since the lens array 2 is arrayed at the multiple of 2d f, convex, concave respective focal lengths f v, f c is the fiber spacing d f If values of the lens center incident angle ψ and the emission angle φ are given, they are determined by the following equations (2) and (3).
(Equation 2)
f v = (d f cot ψ) / 2 (2)
(Equation 3)
f c = (d f cot φ) / 2 (3)

(1)式〜(3)式には近似操作は入っておらず、厳密な式であり、この関係を満たす光軸に対称な回転曲面は、回転双曲面を基本とする高次曲面となる。(2)式と(3)式から非球面レンズ23の凸側凹側2つの焦点距離f、fが決まり、すなわち光ファイバ11A及び11Bと非球面レンズ23の距離及び非球面レンズ23のレンズ厚みが決まるわけである。 Expressions (1) to (3) do not include an approximation operation, and are strict expressions. A rotating curved surface symmetric with respect to the optical axis that satisfies this relationship is a higher-order curved surface based on a rotating hyperboloid. . From the expressions (2) and (3), the two focal lengths f v and f c of the convex concave side of the aspheric lens 23 are determined, that is, the distance between the optical fibers 11A and 11B and the aspheric lens 23 and the aspheric lens 23. The lens thickness is determined.

次に、このような光学系を実現する上での条件について述べる。光ファイバ11Aからの出射光は光ファイバ11AのNAに従って広がるわけであるが、非球面レンズ23への入射時のビーム径BDは、図5から明らかなように、距離fのところで隣接する非球面レンズにまでは及ばないようにする必要から、下記条件が成立しなければならない。
(数4)
BD≒2NAf/n<d (4)
Next, conditions for realizing such an optical system will be described. While light emitted from the optical fiber 11A is not spread in accordance with the NA of the optical fiber 11A, the beam diameter BD at entering the aspheric lens 23 adjacent As apparent from FIG. 5, at a distance f v Non Since it is necessary not to reach the spherical lens, the following conditions must be satisfied.
(Equation 4)
BD≈2NAf v / n v <d f (4)

レンズ表面形状についても制限事項がある。レンズアレイ2は、金型を使用したモールド法によって作製されるが、その際、凹面形状研削加工での曲率半径に制限があり、通常150μm以上とされている。レンズ表面形状は非球面となり、その曲率半径は光軸たるレンズ中心にて最小となり、光軸から離れるにつれて漸増する。そこで、モールド金型を作製するときに問題となる最小曲率半径R22であるが、それはレンズ中心で最小となるので、それを球面近似で見積もることにすると以下の(5)式になる。
(数5)
22≒(n−n)f/n (5)
There are also restrictions on the lens surface shape. The lens array 2 is manufactured by a molding method using a mold. At this time, the radius of curvature in the concave shape grinding process is limited, and is usually 150 μm or more. The lens surface shape is aspherical, and its radius of curvature is minimum at the center of the lens, which is the optical axis, and gradually increases with distance from the optical axis. Therefore, the minimum radius of curvature R 22 which is a problem when the mold is manufactured is the minimum at the center of the lens. Therefore, if this is estimated by spherical approximation, the following equation (5) is obtained.
(Equation 5)
R 22 ≒ (n c -n v ) f v / n v (5)

さて、ここまでくると、(5)式で得られる球面近似曲率半径R22を用いてレンズ保持面24Aとファイバアレイ1の間の距離であるスペーサ22の厚みtを見積もることが以下の(6)式でできる。
(数6)
≒f+R22−√(R22 −d ) (6)
Now, when coming to here, (5) in the resulting spherical approximation radius of curvature R 22 of the lens holding surface 24A and the distance between the fiber array 1 of the spacer 22 thickness t s to estimate it follows by using ( 6) It can be expressed by the formula.
(Equation 6)
t s ≒ f v + R 22 -√ (R 22 2 -d f 2) (6)

さて、ファイバアレイ1とレンズアレイ2の間にスペーサ22を挟むとすると、(6)式より得られるスペーサ22の厚みtとなるわけであるが、本実施形態ではこれをガラスモールド工程でレンズ保持面24Aに作り込む。 Now, assuming that the spacer 22 is sandwiched between the fiber array 1 and the lens array 2, the thickness ts of the spacer 22 obtained from the equation (6) is obtained. Built into the holding surface 24A.

これら(1)式〜(6)式に値を代入してみて、図5中のレンズ中心入射角ψ以下の値を算出したのが図6の見積例である。ファイバ間隔dは市中でよく採用されている250μmと127μm、レンズ屈折率nは耐候性の高いボロシリケート系モールドレンズ用ガラスの屈折率1.501を選んだ。次に反射角φであるが、本実施形態は光ファイバ11Aと光ファイバ11Bから成るファイバペアを主光路とし、90%以上を反射して数%透過するいわゆるタップ膜を部分透過膜4とする光タップモジュールへの適用を考えて、部分透過光に偏波依存性が発生しない角度5度を設定した。 In the estimated example of FIG. 6, the values below the lens center incident angle ψ in FIG. 5 are calculated by substituting values into these equations (1) to (6). Fiber spacing d f chose refractive index 1.501 of 250μm and 127 [mu] m, a lens refractive index n c is glass high borosilicate based molded lens weather resistance that are often employed in commercial. Next, with respect to the reflection angle φ, in this embodiment, a fiber pair consisting of the optical fiber 11A and the optical fiber 11B is used as the main optical path, and a so-called tap film that reflects 90% or more and transmits several% is used as the partial transmission film 4. Considering application to an optical tap module, an angle of 5 degrees at which polarization dependence does not occur in partially transmitted light was set.

凸側焦点距離fはファイバ間隔dが250μmと127μmの場合で947.3μm、481.2μmとなるが、このとき、光ファイバ11Aから出射した光の非球面レンズ23の表面でのビーム径BDはそれぞれ227.4μm、115.5μmとなってファイバ間隔dより小さく、隣接する非球面レンズに当該光が及ぶことはない。ここで、光ファイバ11A及び11BのNAとしては、1.3/1.55μm帯で標準的なモード径9.0/10.0μmのシングルモード光ファイバの値である0.12を選択した。 Convex side focal length f v is 947.3μm if the fiber spacing d f of 250μm and 127 [mu] m, although the 481.2Myuemu, beam diameter at this time, the surface of the optical aspheric lens 23 which is emitted from the optical fiber 11A each BD 227.4μm, smaller than a fiber spacing d f becomes 115.5Myuemu, never the optical spans adjacent aspherical lens. Here, as the NA of the optical fibers 11A and 11B, 0.12 which is a value of a single mode optical fiber having a standard mode diameter of 9.0 / 10.0 μm in the 1.3 / 1.55 μm band was selected.

また、非球面レンズ23の表面光軸上の球面近似曲率半径は、474.6μmと241.1μmと金型の機械加工限界である150μmを十分上回っており、レンズアレイ2用のモールドレンズの金型加工が可能である。スペーサ22の厚みtは1018.5μmと517.4μmであり、レンズ厚みfよりも十分小さいため、モールド工程において、レンズアレイ2の凹部加工と同時にスペーサ22も加工することができる。 Further, the spherical approximate curvature radii on the surface optical axis of the aspheric lens 23 are 474.6 μm and 241.1 μm, which are sufficiently larger than 150 μm which is the machining limit of the mold, and the mold lens mold for the lens array 2 is used. Processing is possible. The thickness t s of the spacer 22 is 1018.5μm and 517.4Myuemu, sufficiently smaller than the lens thickness f c, in the molding step, the recess processed simultaneously spacer 22 of the lens array 2 can also be processed.

(第2の実施形態)
図7に、本実施形態に係るファイバアレイモジュールの構成例を示す。本実施形態に係るファイバアレイモジュールは、複数の非球面レンズ23−1〜23−4が配列されているレンズアレイ2と、複数の光ファイバ11A及び11Bが配列されているファイバアレイ1と、を備える。ファイバアレイ1及びレンズアレイ2は、4つのファイバ−レンズ光学系が、所定平面P上に並列に配置されている例を示す。
(Second Embodiment)
FIG. 7 shows a configuration example of the fiber array module according to the present embodiment. The fiber array module according to this embodiment includes a lens array 2 in which a plurality of aspherical lenses 23-1 to 23-4 are arranged, and a fiber array 1 in which a plurality of optical fibers 11A and 11B are arranged. Prepare. Fiber array 1 and the lens array 2 has four fibers - shows an example of a lens optical system, are arranged in parallel on a predetermined plane P C.

レンズアレイ2に備わる各非球面レンズ23は、ファイバ−レンズ光学系を基本単位として備える。各非球面レンズの中心軸である光軸Aは、所定平面P内に並列に配列されている。ファイバアレイ1は、各々の非球面レンズ23−1〜23−4に対して2本の光ファイバ11A及び11Bを有する。 Each aspherical lens 23 provided in the lens array 2 includes a fiber-lens optical system as a basic unit. The optical axis A C is the center axis of each aspherical lens is arranged in parallel in a predetermined plane P C. The fiber array 1 has two optical fibers 11A and 11B for each aspheric lens 23-1 to 23-4.

図8及び図9に、スペーサ付レンズアレイの構成例を示す。本実施形態に係るレンズアレイ2は、複数の非球面レンズ23と、レンズ保持部24と、適切な間隔を保つための複数のスペーサ22と、を備える。図8のレンズアレイ2は2個のスペーサ22−1及び22−2を備え、図9のレンズアレイ2は4個のスペーサ22−1,22−2,22−3,22−4を備える。複数のスペーサ22の面積は、各非球面レンズ23のレンズ保持面24への投影面積よりも広いことが好ましい。   8 and 9 show a configuration example of a lens array with a spacer. The lens array 2 according to the present embodiment includes a plurality of aspherical lenses 23, a lens holding unit 24, and a plurality of spacers 22 for maintaining an appropriate interval. The lens array 2 in FIG. 8 includes two spacers 22-1 and 22-2, and the lens array 2 in FIG. 9 includes four spacers 22-1, 22-2, 22-3, and 22-4. The area of the plurality of spacers 22 is preferably larger than the projected area of each aspheric lens 23 onto the lens holding surface 24.

レンズ保持部24は、平坦なレンズ保持面24A上で複数の非球面レンズ23を保持する。非球面レンズ23は、平坦なレンズ保持面24Aに保持され、レンズ保持面24Aと垂直な所定平面P内に非球面レンズ23の中心軸Aが並列に配置されている。図8の例では、xy面に平行なレンズ保持面24Aに、x軸方向をアレイ方向とする非球面レンズ23が形成されている。 The lens holding unit 24 holds a plurality of aspheric lenses 23 on a flat lens holding surface 24A. Aspheric lens 23 is held in a flat lens holding surface 24A, the central axis A C of the aspheric lens 23 are arranged in parallel to the lens holding surface 24A perpendicular predetermined plane P C. In the example of FIG. 8, an aspheric lens 23 having the x-axis direction as the array direction is formed on a lens holding surface 24A parallel to the xy plane.

スペーサ22は、レンズ保持面24Aからの高さが複数の非球面レンズ23よりも高い位置に凸面すなわち頂上面22Aを有する。頂上面22Aは、非球面レンズ23の光軸Aに垂直なレンズ保持面24Aと平行になっている。頂上面22Aとレンズ頂点との距離は図11に示す凸側焦点距離fvになるように設定されている。 The spacer 22 has a convex surface, that is, a top surface 22A at a position where the height from the lens holding surface 24A is higher than the plurality of aspherical lenses 23. Top surface 22A is parallel to the vertical lens holding surface 24A to the optical axis A C of the aspheric lens 23. The distance between the top surface 22A and the lens apex is set to be the convex focal length fv shown in FIG.

レンズ保持部24の裏面24Bは、非球面レンズ23の光軸Aに垂直な面に対して等しい所定の角度で傾斜している。図8では、x軸に平行で且つレンズ保持面24Aとは所定の角度deg21になっており、ファイバアレイ1との接続に合わせてある。所定の角度deg21は、略8度であり、例えば7°以上9°以下である。なお、所定の角度は、8度に限定されるものではない。 Backside 24B of the lens holding portion 24 is inclined at a predetermined angle equal with respect to a plane perpendicular to the optical axis A C of the aspheric lens 23. In FIG. 8, it is parallel to the x-axis and has a predetermined angle deg21 with the lens holding surface 24 </ b> A, and is adapted to the connection with the fiber array 1. The predetermined angle deg21 is approximately 8 degrees, for example, not less than 7 ° and not more than 9 °. The predetermined angle is not limited to 8 degrees.

複数のスペーサ22は、第1の実施形態と同様に、レンズ保持面24Aのうち、複数の非球面レンズ23の配列方向であるx軸方向の両脇に、非球面レンズ23−1及び23−4に隣接するように配置されている。また、複数のスペーサ22は、第1の実施形態と同様に、レンズ保持面24Aのうち、複数の非球面レンズ23の配列方向に直交するy方向における複数の非球面レンズ23の両端よりも外側に配置されている。スペーサ22は、第1の実施形態と同様に、レンズアレイ2と一体に形成されている。レンズアレイ2の作製方法は、第1の実施形態と同様である。   As in the first embodiment, the plurality of spacers 22 are provided on both sides of the lens holding surface 24A in the x-axis direction, which is the arrangement direction of the plurality of aspheric lenses 23, on the aspheric lenses 23-1 and 23-. 4 so as to be adjacent to 4. Similarly to the first embodiment, the plurality of spacers 22 are located outside the ends of the plurality of aspherical lenses 23 in the y direction orthogonal to the arrangement direction of the plurality of aspherical lenses 23 in the lens holding surface 24A. Is arranged. The spacer 22 is formed integrally with the lens array 2 as in the first embodiment. The manufacturing method of the lens array 2 is the same as that of the first embodiment.

図10に、本実施形態に係る第2のファイバ−レンズ光学系を示す。以下方向は図中の直交xyz座標軸に倣って説明する。図の左端には、xz平面内において、z軸に平行で、x軸方向に等しいファイバ間隔dで光ファイバ11A及び11Bの並べられたファイバアレイ1が配置されている。ファイバアレイ1は、x軸に平行でy軸に対して所定の角度をなす平面を端面として、例えば、テンパックスガラス等の筐体によって保持されて構成されている。 FIG. 10 shows a second fiber-lens optical system according to this embodiment. Hereinafter, the directions will be described following the orthogonal xyz coordinate axes in the drawing. The left end of the figure, in the xz plane, is parallel to the z-axis, the fiber array 1 arranged with the optical fiber 11A and 11B with equal fiber spacing d f in the x-axis direction is disposed. The fiber array 1 is configured to be held by a housing such as Tempax glass with a plane parallel to the x-axis and forming a predetermined angle with respect to the y-axis as an end surface.

本実施形態のファイバ−レンズ光学系は、第1の実施形態のファイバ−レンズ光学系とは異なり、ファイバアレイ1の端面には、レンズアレイ2の裏面24B側が直接貼り付けられており、レンズ保持面24Aはその反対側を向いている。レンズアレイ2の光軸Aでつくる平面と裏面24Bとの交線と非球面レンズ23の頂点との距離は、図11に示す凹側焦点距離fになるように設定されている。 The fiber-lens optical system of the present embodiment is different from the fiber-lens optical system of the first embodiment in that the rear surface 24B side of the lens array 2 is directly attached to the end surface of the fiber array 1, and the lens is held. The surface 24A faces the opposite side. The distance between the intersection line and the vertex of the aspherical lens 23 between the plane and the back surface 24B to make the optical axis A C of the lens array 2 is set to be the concave side focal length f c of FIG. 11.

ファイバアレイ1とレンズアレイ2の相対位置は、x軸方向は、非球面レンズ23の光軸Aがファイバアレイ1の隣接する光ファイバ同士の中心線(この図では、光ファイバ11Aと光ファイバ11Bの中心線)に一致するように、y方向は、レンズ光軸Aのアレイで形成された平面がファイバアレイ1の中心線で形成された平面と一致するように、および、z方向は、ファイバアレイ1の端面とレンズアレイ2の凸面頂点との距離が非球面レンズ23の凹側焦点距離fに一致するように設定されている。図10の右側には、凸側焦点距離fの間隔の空気層3を挟んで、光軸であるz軸に垂直に所定の波長の光を所望の比率で反射/透過する機能を有する部分透過膜4が設置されている。第1の実施形態では、部分透過膜4は、レンズアレイ2の裏面24B側に直接装荷されていたが、第2の実施形態である図10では、別個にレンズアレイ2と同じ屈折率のガラス基板42に装荷されたものとなっている。このような構成において、光ファイバ11Aの端面から出射した光の経路を光線近似で考察する。 The relative position of the fiber array 1 and the lens array 2, x-axis direction, the center line (this figure the optical fibers to the optical axis A C of the aspheric lens 23 is adjacent the fiber array 1, the optical fiber 11A and the optical fiber to match 11B centerline of), y-direction, as the plane formed by the array of the lens optical axis a C coincides with the plane formed by the center line of the fiber array 1, and, z directions , the distance between the end face and the convex vertex of the lens array 2 of the fiber array 1 is set to match the concave side focal length f c of the aspherical lens 23. On the right side of FIG. 10, the portion having across the air layer 3 intervals of the convex side focal length f v, a function of reflecting / transmitting perpendicularly to the z axis is the optical axis of the light of a predetermined wavelength in a desired ratio A permeable membrane 4 is provided. In the first embodiment, the partially transmissive film 4 is directly loaded on the back surface 24B side of the lens array 2, but in FIG. 10 which is the second embodiment, glass having the same refractive index as that of the lens array 2 is separately provided. The substrate 42 is loaded. In such a configuration, the path of light emitted from the end face of the optical fiber 11A will be considered by light ray approximation.

光ファイバ11Aの端面P1は、凹側焦点面上に位置しているので、光ファイバ11Aの端面P1を点光源として、そこから出射してレンズアレイ2の対応するレンズ表面から出射した光線はレンズ光軸A側に屈折して、レンズ光軸Aとある角度φをなす平行光線となって空気層3中を進む。その内で、光ファイバ11Aの端部から光軸であるz軸に平行に出射した光線すなわち出射平行光の中心光線は、部分透過膜4に到達したとき、凸側焦点を通ることになる。 Since the end surface P1 of the optical fiber 11A is located on the concave focal plane, the light beam emitted from the end surface P1 of the optical fiber 11A as a point light source and emitted from the corresponding lens surface of the lens array 2 is a lens. is refracted to the optical axis a C side, the process proceeds to the air layer 3 medium become parallel rays constituting the lens optical axis a C phrase angle phi. Among them, the light beam emitted from the end of the optical fiber 11 </ b> A in parallel to the z-axis that is the optical axis, that is, the central light beam of the emitted parallel light passes through the convex focal point when it reaches the partial transmission film 4.

空気層3の厚みがちょうど凸側焦点距離fに設定されていて、その部位が平坦面となっており、そこに部分透過膜4が設置されているので、当該平行光の所定の強度分は部分透過膜4を透過してレンズ光軸Aに対してψの角度で出射するが、残りの強度分は部分透過膜4で反射して、レンズ光軸Aに対して対称なx方向位置で再び非球面レンズ23の表面に達する。非球面レンズ23の表面に達した反射光は、凸側焦点を通ってきた平行光であり、光ファイバ11Aから出て非球面レンズ23の表面から出射した光路とレンズ光軸Aに対して対称な経路をたどり、結局レンズ光軸Aに対して光ファイバ11Aの対称な位置にある光ファイバ11Bの端面の位置P2に集光することになる。 And the thickness of the air layer 3 has been set exactly on the convex side focal length f v, the site has a flat surface, so there partial transmission film 4 is installed, the predetermined intensity of the collimated light fraction Although emitted at an angle of ψ with respect to the partially transmissive membrane 4 the transmission to the lens optical axis a C, the remaining strength component is reflected by the partial transmission film 4, symmetrical with respect to the lens optical axis a C x The surface of the aspherical lens 23 is reached again at the directional position. The reflected light that has reached the surface of the aspheric lens 23 is parallel light that has passed through the convex focal point, and the optical path exits from the optical fiber 11A and exits from the surface of the aspheric lens 23 and the lens optical axis AC . follow symmetrical paths, it will be focused on the position P2 of the end face of the optical fiber 11B in the symmetrical position of the optical fiber 11A with respect to the end lens optical axis a C.

ここで、もしも空気層3の厚みが凸側焦点距離fより薄いとすると反射平行光は、空気層3の厚みがfの場合よりもレンズ光軸A側の表面に達することになり、そこで平行光は収束されず、光ファイバ11Bの端面ではより広がってしまう。一方、空気層3の厚みがfより厚い場合は、反射光はより非球面レンズ23の外側表面に達することになり、平行光は収束されすぎて、光ファイバ11Bの端面では、結局広がってしまうことになる。いずれの場合でも、反射光線の光軸もファイバアレイ1のそれとはずれてしまう。従って、光ファイバ11A及び11Bの端面と非球面レンズ23間の距離は凸側焦点距離fに設定されており、同時に非球面レンズ23の裏面24Bは凹側焦点面であることが必要である。 Here, if parallel light reflected to the thickness of the air layer 3 is thinner than the convex side focal length f v will become the thickness of the air layer 3 to reach the surface of the lens optical axis A C side than the case of f c Therefore, the parallel light is not converged and spreads more on the end face of the optical fiber 11B. On the other hand, if the thickness of the air layer 3 is thicker than f v, the reflected light will be reached more outer surface of the aspheric lens 23, and the parallel light too is converged on the end face of the optical fiber 11B is spread eventually Will end up. In either case, the optical axis of the reflected light is also different from that of the fiber array 1. Therefore, the end face and the distance between the aspherical lens 23 of the optical fiber 11A and 11B are set to the convex side focal length f v, it is necessary that the rear surface 24B of the aspherical lens 23 at the same time a concave focal plane .

尚、部分透過膜4で透過した光線は、図10に示すように、部分透過膜4の付着されているガラス基板42の屈折率がレンズアレイ2の屈折率nと同じであれば、図には示さないが、角度ψで出射する。また部分透過膜4の付着されているガラス基板42が平行基板であれば、最終的に空気層3に出射するときは、角度φで出射する。 Note that light transmitted by the partially permeable membrane 4, as shown in FIG. 10, if the refractive index of the glass substrate 42 that is attached partially transmitting film 4 is the same as the refractive index n c of the lens array 2, FIG. Although not shown in FIG. Further, if the glass substrate 42 to which the partial transmission film 4 is attached is a parallel substrate, when the light is finally emitted to the air layer 3, it is emitted at an angle φ.

このような反射光学系で光ファイバ11A及び11B間に低損失な結合を実現しようとした場合、非球面レンズ23に求められる表面形状は、2次以上の高次回転曲面になる。   When attempting to realize low-loss coupling between the optical fibers 11A and 11B with such a reflective optical system, the surface shape required for the aspherical lens 23 is a second-order or higher-order rotational curved surface.

本実施形態の構成を可能にするパラメータの設定例について説明する。まず、図10に示す諸パラメータの名称とその記号を図11左欄に示す。これらは第1の実施形態で説明した図6と同様であるが、ファイバアレイ1に対するレンズアレイ2の向きが逆転していることに伴って、反射角φとレンズ中心入射角ψの大小関係も逆転していることが大きな違いである。   A parameter setting example that enables the configuration of the present embodiment will be described. First, the names and symbols of the parameters shown in FIG. 10 are shown in the left column of FIG. These are the same as those in FIG. 6 described in the first embodiment. However, as the direction of the lens array 2 with respect to the fiber array 1 is reversed, the magnitude relationship between the reflection angle φ and the lens center incident angle ψ is also changed. The big difference is that it is reversed.

図10において、凹側焦点面に端面が直接接着されている光ファイバ11Aから出射し、レンズアレイ2を通って非球面レンズ23の表面から出射した光線は、レンズ光軸Aとφの角度をなす平行光となる。従って、それら光線の内、z軸に平行なレンズ光軸Aと非球面レンズ23の表面の交点に入射した光線に対しては、非球面レンズ23の表面接平面はちょうどレンズ光軸Aと平行であるz軸に垂直であるため、光線の非球面レンズ23の中心入射角ψ、出射角φと屈折率n、nの間にはスネル則が成り立つ。
(数7)
sinψ=nsinφ (7)
In FIG. 10, a light beam emitted from the optical fiber 11A whose end face is directly bonded to the concave focal plane and emitted from the surface of the aspheric lens 23 through the lens array 2 is an angle between the lens optical axis AC and φ. Becomes parallel light. Therefore, of those rays, for light incident on the intersection of the surface of the z parallel lens optical axis to axis A C aspheric lens 23, Table interviews plane of the aspheric lens 23 is just the lens optical axis A C because it is perpendicular to the z-axis is parallel to the central angle of incidence of the aspherical lens 23 of the beam [psi, the outgoing angle φ and the refractive index n v, Snell law holds between n c.
(Equation 7)
n c sinψ = n v sinφ (7)

また、ファイバアレイ1はファイバ間隔dで、レンズアレイ2はその倍の2dでアレイ化されているわけであるから、凸側、凹側それぞれの焦点距離f、fは、ファイバ間隔dとレンズ中心入射角ψ、および出射角度φの値を与えれば、以下の(8)式及び(9)式で決まる。
(数8)
=(dcotφ)/2 (8)
(数9)
=(dcotψ)/2 (9)
Further, in the fiber array 1 is fiber spacing d f, since the lens array 2 is not being arrayed at the multiple of 2d f, convex, concave respective focal lengths f v, f c is the fiber spacing If the values of df, lens center incident angle ψ, and emission angle φ are given, they are determined by the following equations (8) and (9).
(Equation 8)
f v = (d f cot φ) / 2 (8)
(Equation 9)
f c = (d f cot ψ) / 2 (9)

(8)式〜(9)式には近似操作は入っておらず、厳密な式であり、この関係を満たすレンズ光軸Aに対称な回転曲面は、回転楕円面を基本とする高次曲面となる。(8)式及び(9)式から非球面レンズ23の凸凹二つの焦点距離f、fが決まり、すなわち光ファイバ11A及び11Bと非球面レンズ23の距離及びレンズ厚みが決まるわけである。また、非球面レンズ23の表面でのビーム径BDに対する条件は次のようになる。
(数10)
BD≒2NAf/n<d (10)
(8) - (9) not within the approximate operation in equation a strict equation, symmetric rotation curved surface in the lens optical axis A C satisfying this relationship, higher that the spheroid basic It becomes a curved surface. From the expressions (8) and (9), the two focal distances f v and f c of the aspherical lens 23 are determined, that is, the distance between the optical fibers 11A and 11B and the aspherical lens 23 and the lens thickness are determined. The conditions for the beam diameter BD on the surface of the aspheric lens 23 are as follows.
(Equation 10)
BD≈2NAf c / n c <d f (10)

このような光学系の実現条件は、前述した第1の実施形態と同様である。これら(7)式〜(10)式に値を代入してみて、前述した(5)式及び(6)式も使って図10中のレンズ中心入射角ψ以下の値を算出したのが図11の見積例である。ファイバ間隔dは市中でよく採用されている250μmと127μm、レンズ屈折率nは耐候性の高いボロシリケート系モールドレンズ用ガラスの屈折率1.501を選んだ。次に反射角φであるが、本実施形態は光ファイバ11Aと11Bから成るファイバペアを主光路とし、90%以上を反射して数%透過するいわゆるタップ膜を部分透過膜4とする光タップモジュールへの適用を考えて、部分透過光に偏波依存性が発生しない角度8度を設定した。 The conditions for realizing such an optical system are the same as those in the first embodiment described above. By substituting values into these equations (7) to (10), the values below the lens center incident angle ψ in FIG. 10 were calculated using the equations (5) and (6) described above. 11 estimation examples. Fiber spacing d f chose refractive index 1.501 of 250μm and 127 [mu] m, a lens refractive index n c is glass high borosilicate based molded lens weather resistance that are often employed in commercial. Next, with respect to the reflection angle φ, in this embodiment, an optical tap in which a fiber pair consisting of optical fibers 11A and 11B is a main optical path, and a so-called tap film that reflects 90% and transmits several percent is a partially transmissive film 4. Considering application to the module, an angle of 8 degrees at which polarization dependence does not occur in partially transmitted light was set.

凸側焦点距離fはファイバ間隔dが250μmと127μmの場合で889.4μm、451.8μmとなるが、このとき、光ファイバ11Aから出射した光の非球面レンズ23の表面でのビーム径BDはそれぞれ214.6μm、109.0μmとなってファイバ間隔dより小さく、隣接する非球面レンズに当該光が及ぶことはない。ここで、光ファイバ11A及び11BのNAとしては、1.3/1.55μm帯で標準的なモード径9.0/10.0μmのシングルモード光ファイバの値である0.12を選択した。また、レンズ表面光軸上の球面近似曲率半径も445.6μmと226.4μmと金型の機械加工限界である150μmを十分上回っており、レンズアレイ2用のモールドレンズの金型加工が可能である。また、スペーサ22の厚みtは966.2μmと490.8μmであり、レンズ厚みfよりも十分小さいため、モールド工程において、レンズアレイ2の凹部加工と同時にスペーサ22も加工することができる。 Convex side focal length f v is 889.4μm if the fiber spacing d f of 250μm and 127 [mu] m, although the 451.8Myuemu, beam diameter at this time, the surface of the optical aspheric lens 23 which is emitted from the optical fiber 11A each BD 214.6μm, smaller than a fiber spacing d f becomes 109.0Myuemu, never the optical spans adjacent aspherical lens. Here, as the NA of the optical fibers 11A and 11B, 0.12 which is a value of a single mode optical fiber having a standard mode diameter of 9.0 / 10.0 μm in the 1.3 / 1.55 μm band was selected. Further, the spherical approximate curvature radius on the optical axis of the lens surface is 445.6 μm and 226.4 μm, which is well above the 150 μm which is the machining limit of the mold, and the mold processing of the mold lens for the lens array 2 is possible. . The thickness t s of the spacer 22 is 966.2μm and 490.8Myuemu, sufficiently smaller than the lens thickness f c, in the molding step, the recess processed simultaneously spacer 22 of the lens array 2 can also be processed.

ところで、図2、図3、図8、図9に示す外観についてであるが、チャンネル数が4チャンネルの場合、レンズアレイ2のx方向長さは略4mm、y方向長さは略2mmである。非球面レンズ23の径は、ファイバ間隔dの2倍であってもよいが、隣接する非球面レンズ23との間は1μmの平坦部が設けられていてもよい。また、スペーサ22の縁部は金型作製の最小曲率半径に応じて湾曲しているが、金型作製の最小曲率半径が通常150μmであるため、外観図では実際の外観に比べて誇張されている。 2, 3, 8, and 9, when the number of channels is 4, the length of the lens array 2 in the x direction is approximately 4 mm, and the length in the y direction is approximately 2 mm. . Diameter of the aspherical lens 23, which may be twice the fiber spacing d f, between the adjacent non-spherical lens 23 may be provided with the flat portion of the 1 [mu] m. Further, the edge of the spacer 22 is curved in accordance with the minimum radius of curvature for mold fabrication, but the minimum radius of curvature for mold fabrication is usually 150 μm, so that it is exaggerated in comparison with the actual appearance in the external view. Yes.

(第3の実施形態)
図12に、本実施形態に係るファイバアレイモジュールの一例を示す。図12に示すファイバアレイモジュールは、図1に示すファイバアレイモジュールと、部分透過膜4と、光部品として機能する遮光板7と、レンズアレイ9と、を備える。レンズアレイ2は第1レンズアレイとして機能し、レンズアレイ9は第2レンズアレイとして機能する。
(Third embodiment)
FIG. 12 shows an example of the fiber array module according to this embodiment. The fiber array module shown in FIG. 12 includes the fiber array module shown in FIG. 1, a partially transmissive film 4, a light shielding plate 7 that functions as an optical component, and a lens array 9. The lens array 2 functions as a first lens array, and the lens array 9 functions as a second lens array.

部分透過膜4は、各々の非球面レンズ23に共通する反射面を形成し、個々の非球面レンズ23で平行光となった光の一部を透過し、残りの大部分を反射する。遮光板7は、複数の貫通孔71を有する。部分透過膜4の反射面から透過した各々の平行光が異なる貫通孔71の一端に入射する。そして、貫通孔71を通過後の平行光は、各貫通孔71の他端から出射する。レンズアレイ9は、複数の貫通孔71の他端から出射した各光を貫通孔71ごとに定められた点に集光する。この点に、光機能素子を設置すればよい。   The partial transmission film 4 forms a reflective surface common to the respective aspheric lenses 23, transmits part of the light that has become parallel light by the individual aspheric lenses 23, and reflects most of the rest. The light shielding plate 7 has a plurality of through holes 71. Each parallel light transmitted from the reflection surface of the partial transmission film 4 enters one end of a different through hole 71. Then, the parallel light after passing through the through holes 71 is emitted from the other end of each through hole 71. The lens array 9 condenses each light emitted from the other end of the plurality of through holes 71 at a point determined for each through hole 71. In this respect, an optical functional element may be installed.

図13に、本実施形態に係る受光モジュールの一例を示す。図13に示す受光モジュールは、図12に示すファイバアレイモジュールと、受光素子アレイ8と、を備える。受光素子アレイ8に備わる各受光素子81は、レンズアレイ9で集光された各光を受光する。図13に示す受光モジュールは、4アレイ光タップモニタモジュールとして用いることができる。   FIG. 13 shows an example of the light receiving module according to this embodiment. The light receiving module shown in FIG. 13 includes the fiber array module shown in FIG. 12 and the light receiving element array 8. Each light receiving element 81 provided in the light receiving element array 8 receives each light condensed by the lens array 9. The light receiving module shown in FIG. 13 can be used as a four-array optical tap monitor module.

本実施形態の適用領域は、波長1.55μm帯光通信システムである。同モジュールは、図の左側から、ファイバアレイ1、レンズアレイ2、部分透過膜4、遮光板7、レンズアレイ9、および受光素子アレイ8を備える。ファイバ間隔dをはじめとする諸パラメータには、一例として図6に示した値を用いれば現実に実現できる。 The application area of this embodiment is an optical communication system with a wavelength of 1.55 μm. The module includes a fiber array 1, a lens array 2, a partial transmission film 4, a light shielding plate 7, a lens array 9, and a light receiving element array 8 from the left side of the figure. The various parameters, including fiber spacing d f, can be realized in reality by using the values shown in FIG. 6 as an example.

まずモジュールの動作、機能について説明する。光ファイバ11Aからレンズアレイ2に入射した光線は、その95%が部分反射膜4で反射角φ(5度)で反射して光ファイバ11Bに入射し、入射光強度の5%をタップされて本線に戻る。5%強度のタップ光は、後段は空気層になっており、出射角ψ(7.5度)で出射していくわけであるが、部分透過膜4の後段には、空間を伝わるタップ光同士の混合によるクロストーク低下を防止するため、貫通孔71の空いた遮光板7が設置されている。遮光板7はレンズアレイ2と外形を合わせた寸法になっており、その中央部にタップ光路に合わせて該ビーム径の貫通孔71があいている。遮光板7の後段には、レンズアレイ2と同じものであるレンズアレイ9がレンズアレイ2とは向きを逆にして設置されている。レンズアレイ9は、後段の受光素子アレイ8の受光面に空間を伝搬してきて回折効果で広がったタップ光ビームを受光素子81の受光面に集光させる。   First, the operation and function of the module will be described. 95% of the light rays incident on the lens array 2 from the optical fiber 11A are reflected by the partial reflection film 4 at the reflection angle φ (5 degrees) and enter the optical fiber 11B, and 5% of the incident light intensity is tapped. Return to the main line. The tap light of 5% intensity is an air layer in the subsequent stage and is emitted at an emission angle ψ (7.5 degrees). However, the tap light transmitted through the space is in the subsequent stage of the partial transmission film 4. In order to prevent a decrease in crosstalk due to the mixing between them, a light shielding plate 7 having a through hole 71 is provided. The light shielding plate 7 has a size that is the same as the outer shape of the lens array 2, and a through hole 71 having the beam diameter is formed in the center of the light shielding plate 7 in accordance with the tap optical path. A lens array 9, which is the same as the lens array 2, is installed in the rear stage of the light shielding plate 7 with the direction opposite to that of the lens array 2. The lens array 9 condenses the tap light beam propagating through the space to the light receiving surface of the light receiving element array 8 at the subsequent stage and spread by the diffraction effect on the light receiving surface of the light receiving element 81.

以下に上記の各構成要素について述べる。
ファイバアレイ1:ファイバアレイ1は、波長1.3/1.55μm帯用の8本のシングルモードファイバが250μm間隔でアレイ化されているシングルモードテープファイバを用いた。これをテンパックスガラスで1mm厚の60度V溝板に整列させて1mm厚の上蓋をかぶせ、UV接着剤で固定、端面研磨して接続用ファイバアレイ1を作製した。ファイバ間隔dは用いたテープファイバと同じ250μmである。ファイバ光軸は図12にてz方向であり、レンズアレイ2との接続端面は、x軸に平行で、端面反射による戻り光を低減させるため、y軸方向とは8度斜めになるように設定されている。なお、光ファイバ光軸に対するコア端面の角度は、8度に限定されるものではない。8度斜め端面表面は波長1.55μmに対するARコートが施されている。x軸方向の全幅は4mmである。
The above components will be described below.
Fiber array 1: The fiber array 1 is a single mode tape fiber in which eight single mode fibers for a wavelength of 1.3 / 1.55 μm band are arrayed at intervals of 250 μm. This was aligned with a 60 mm V-groove plate having a thickness of 1 mm with Tempax glass, covered with a 1 mm thick upper lid, fixed with UV adhesive, and end-face polished to produce a connecting fiber array 1. Fiber distance d f is the same 250μm as tape fiber used. The optical axis of the fiber is the z direction in FIG. 12, and the connection end surface with the lens array 2 is parallel to the x axis, and is inclined by 8 degrees with respect to the y axis direction in order to reduce return light due to end surface reflection. Is set. The angle of the core end face with respect to the optical fiber optical axis is not limited to 8 degrees. The 8 ° oblique end surface has an AR coating for a wavelength of 1.55 μm. The total width in the x-axis direction is 4 mm.

レンズアレイ2:屈折率は波長1.55μmで1.501のボロシリケート系ガラスから成っており、厚み1428.8μm(z方向)の平板状ガラス上面、4000×2000μm(x×y)の中央部にアレイ間隔500μmで非球面レンズ23が形成されている。隣接する非球面レンズ23との間は1μmの平坦部が設けられており、平坦部からの凸量であるサグ量は、69μmである。   Lens array 2: The refractive index is made of borosilicate glass having a wavelength of 1.55 μm and a wavelength of 1.501, and the upper surface of a flat glass having a thickness of 1428.8 μm (z direction) is 4000 × 2000 μm (xx). Further, an aspheric lens 23 is formed with an array interval of 500 μm. A 1 μm flat portion is provided between adjacent aspherical lenses 23, and the sag amount, which is a convex amount from the flat portion, is 69 μm.

レンズアレイ2のx方向両端部には、レンズモールド加工時に一体で成形されたスペーサ22が設置されており、スペーサ22の表面はファイバアレイ1の8度斜め端面に合わせた角度となっており、その面積は片側該1×1.5mm(x×y)である。スペーサ22の高さは光軸位置で所定の凸側焦点距離(ここでは947.3μm)になるように設定されていることが好ましい。   Spacers 22 that are integrally molded at the time of lens molding are installed at both ends of the lens array 2 in the x direction, and the surface of the spacer 22 has an angle that matches the 8 ° oblique end surface of the fiber array 1. The area is 1 × 1.5 mm (x × y) on one side. The height of the spacer 22 is preferably set to be a predetermined convex focal length (947.3 μm in this case) at the optical axis position.

ここで、図18を参照しながら、スペーサ22の角度について説明する。光ファイバ11の光軸でもあるz軸に対する光ファイバ11のコア端面の法線Lの角度をθ、光ファイバ11のコア端面から空気層3に出射する光の中心光のコア端面法線Lに対する角度をθとした場合、角度θと角度θは、スネルの法則より、以下の関係を満たす。
(数51)
θ=sin−1(sin(θ)n/n) (51)
Here, the angle of the spacer 22 will be described with reference to FIG. The angle of the normal line L n of the core end face of the optical fiber 11 with respect to the z axis, which is also the optical axis of the optical fiber 11, is θ 1 , and the core end face normal of the center light of the light emitted from the core end face of the optical fiber 11 to the air layer 3 If the angle with respect to L n was theta 2, the angle theta 1 and the angle theta 2, the Snell's law, satisfies the following relationship.
(Equation 51)
θ 2 = sin −1 (sin (θ 1 ) n f / n v ) (51)

ここでnは光ファイバ11の伝搬光の透過屈折率である。このため、nが1.445、空気層3の屈折率nが1であり、角度θが8度に設定されている場合、角度θは11.6度となる。光ファイバとレンズ系間の光結合が最も高い効率となるのは、光ファイバ11からの出射光がレンズ面と垂直になる場合である。この場合、図18に明らかなように、スペーサ22のレンズ側平坦面22Bとファイバアレイ側の斜め端面22Aの角度、すなわちスペーサ22の傾斜角度もまたθに等しく11.6度となる。見方を変えれば、スペーサ22の角度θは、光ファイバ11の端面の角度θ(8度)に加え、空気層3での光ファイバ光軸(z軸)からの屈折角度(3.6度)を合算した角度となる。 Here, n f is the transmission refractive index of the propagation light of the optical fiber 11. Therefore, when n f is 1.445, the refractive index n v of the air layer 3 is 1, and the angle θ 1 is set to 8 degrees, the angle θ 2 is 11.6 degrees. The optical coupling between the optical fiber and the lens system has the highest efficiency when the light emitted from the optical fiber 11 is perpendicular to the lens surface. In this case, as is apparent in FIG. 18, the lens-side angle of the flat surface 22B and the fiber array side of the oblique end face 22A of the spacer 22, i.e. the inclination angle of the spacer 22 also becomes equal 11.6 degrees theta 2. In other words, the angle θ 2 of the spacer 22 is in addition to the angle θ 1 (8 degrees) of the end face of the optical fiber 11 and the refraction angle (3.6) from the optical fiber optical axis (z axis) in the air layer 3. The angle is the sum of degrees.

レンズアレイ2の裏面24Bには、入射角φを5度に設定した部分透過膜4が付着されている。その反射/透過の割合は、95%/5%であることが好ましく、その材質としては、例えば、イオンビームアシスト蒸着法によるSiO−TiO多層膜が例示できる。 A partial transmission film 4 having an incident angle φ set to 5 degrees is attached to the back surface 24B of the lens array 2. The reflection / transmission ratio is preferably 95% / 5%, and examples of the material include a SiO 2 —TiO 2 multilayer film formed by ion beam assisted deposition.

遮光板7:遮光板7は、外形4000×2000×1000μmの方形の赤外線吸収ガラスから成っている。その中央部には、図12及び図13に示すように、タップ光の光路に合わせて、xz面に平行で、z軸方向とレンズ中心入射角ψである7.5度の角度をなす300μm角の貫通孔71があけられている。x方向アレイピッチはレンズアレイ2と同じ500μmである。タップ光のビーム径が図6に示す227.4μmである場合、タップ光は遮光板7の貫通孔71の壁に接触することなく伝搬するが、前段のレンズアレイ2や部分透過膜4での反射透過で発生した構造不整による乱反射成分は、この遮光板7で阻止されて、受光素子アレイ8に達してクロストークになるのを防止する。   Light-shielding plate 7: The light-shielding plate 7 is made of a rectangular infrared absorbing glass having an outer shape of 4000 × 2000 × 1000 μm. As shown in FIGS. 12 and 13, the central portion thereof is 300 μm parallel to the xz plane and having an angle of 7.5 degrees, which is the lens axis incident angle ψ, parallel to the xz plane in accordance with the optical path of the tap light. A corner through hole 71 is formed. The x-direction array pitch is 500 μm, which is the same as the lens array 2. When the beam diameter of the tap light is 227.4 μm shown in FIG. 6, the tap light propagates without contacting the wall of the through hole 71 of the light shielding plate 7, but in the lens array 2 or the partial transmission film 4 in the previous stage. The irregular reflection component caused by the structural irregularity caused by reflection and transmission is blocked by the light shielding plate 7, and reaches the light receiving element array 8 to prevent crosstalk.

レンズアレイ9:ここでは、レンズアレイ9はレンズアレイ2と同じものを使用している。通常、受光素子81の受光面はパッケージ表面から1mm程度離れているため、レンズアレイ9と受光素子アレイ8の間に焦点距離調整樹脂91を挿入して、レンズアレイ2より長焦点化し、受光素子アレイ8中の受光素子81の受光面内に集光されるようにしている。レンズアレイ9とレンズアレイ2の向きが反対であるのは、焦点距離調整樹脂91でレンズアレイ9と受光素子アレイ8の間を満たすためである。レンズアレイ9は、平坦な裏面24B側にのみARコートを施した。   Lens array 9: Here, the same lens array 9 as the lens array 2 is used. Usually, since the light receiving surface of the light receiving element 81 is separated from the package surface by about 1 mm, a focal length adjusting resin 91 is inserted between the lens array 9 and the light receiving element array 8 to make the lens array 2 have a longer focal length, The light is collected in the light receiving surface of the light receiving element 81 in the array 8. The directions of the lens array 9 and the lens array 2 are opposite because the focal length adjustment resin 91 fills the space between the lens array 9 and the light receiving element array 8. The lens array 9 was AR coated only on the flat back surface 24B side.

受光素子アレイ8:受光素子81は、例えば、受光径80μm、500μmピッチ4アレイのInGaAsホトダイオードアレイである。ダイオードアレイは封止されており、パケージ表面からダイオード受光部までの距離は略1mmである。図13の側面図から判るように、受光素子アレイ8は、z軸方向である光軸より傾けてレンズアレイ9に接続されている。   Light receiving element array 8: The light receiving element 81 is, for example, an InGaAs photodiode array having a light receiving diameter of 80 μm and a 500 μm pitch 4 array. The diode array is sealed, and the distance from the package surface to the diode light receiving part is approximately 1 mm. As can be seen from the side view of FIG. 13, the light receiving element array 8 is connected to the lens array 9 with an inclination from the optical axis which is the z-axis direction.

図12及び図13の側面図に示すように、ファイバアレイ1から受光素子アレイ8まで接続界面が全て斜めに保たれているため、反射戻り光を防ぐ構造となっている。   As shown in the side views of FIGS. 12 and 13, since the connection interface from the fiber array 1 to the light receiving element array 8 is all kept oblique, it has a structure that prevents reflected return light.

組み立て工程:工程は3工程を有する。
第1工程は、ファイバアレイ1とレンズアレイ2との接続である。これは、光ファイバ−導波路接続装置にて、ファイバアレイ1の両端である光ファイバ11A−1及び光ファイバ11A−4から調芯光を入射し、光ファイバ11B−1、光ファイバ11B−4からの光をモニタしながら2軸調芯固定するという通常のファイバ−導波路接続と同様の工程で接続した。ここで、従来の接続工程と大きく異なることは、光軸すなわちz軸方向の位置はスペーサ部22の厚みで決まっているので、z軸方向の調芯作業が不要になることである。ここで述べる実施形態では、従来比3/4の時間短縮効果があった。接続箇所はスペーサ22とファイバアレイ1間である。
第2工程は、遮光板7、レンズアレイ9、および受光素子アレイ8の接続である。これらの接続は、顕微鏡下に受光素子アレイ8、レンズアレイ9、遮光板7の順に置き、遮光板7の貫通孔から受光素子アレイ8のホトダイオード受光面が見えるように、ビジュアルアラインメント法で調芯し、接着剤固定するという方法で行った。
第3工程は、光ファイバ11A−1及び光ファイバ11A−4に調芯光を入射させ、受光素子アレイ8の出力をモニタしながら、ファイバアレイ1の付いたレンズアレイ2、受光素子アレイ8、及び、レンズアレイ9の付いた遮光板7を接続し固定する。
Assembly process: The process has three processes.
The first step is connection between the fiber array 1 and the lens array 2. This is an optical fiber-waveguide connection device, in which alignment light is incident from the optical fibers 11A-1 and 11A-4, which are both ends of the fiber array 1, and the optical fibers 11B-1 and 11B-4. The connection was made in the same process as a normal fiber-waveguide connection in which the biaxial alignment was fixed while monitoring the light from. Here, a significant difference from the conventional connection process is that the alignment in the z-axis direction is not necessary because the position of the optical axis, that is, the z-axis direction is determined by the thickness of the spacer portion 22. In the embodiment described here, there was an effect of shortening the time by 3/4 compared with the prior art. The connection point is between the spacer 22 and the fiber array 1.
The second step is connection of the light shielding plate 7, the lens array 9, and the light receiving element array 8. These connections are placed under the microscope in the order of the light receiving element array 8, the lens array 9, and the light shielding plate 7. Then, it was performed by a method of fixing the adhesive.
In the third step, the alignment light is incident on the optical fiber 11A-1 and the optical fiber 11A-4, and the output of the light receiving element array 8 is monitored, while the lens array 2 with the fiber array 1, the light receiving element array 8, The light shielding plate 7 with the lens array 9 is connected and fixed.

特性:作製した4chタップモニタモジュールの波長1.55μmでの特性は、挿入損失0.4〜0.5dB、反射減衰量46dB以上、受光感度50〜60mA/Wであった。隣接クロストークも45dB以上であった。   Characteristics: The characteristics of the manufactured 4ch tap monitor module at a wavelength of 1.55 μm were an insertion loss of 0.4 to 0.5 dB, a return loss of 46 dB or more, and a light receiving sensitivity of 50 to 60 mA / W. Adjacent crosstalk was also 45 dB or more.

図19に、本実施形態に係るファイバアレイモジュールの別形態を示す。図19に示すファイバアレイモジュールは、ファイバアレイ1の端面にAR板101が貼り付けられており、また図12に示す遮光板7及びレンズアレイ9に代えて、GRINレンズアレイ109を備える。ファイバアレイモジュールは、図1に示す第1の実施形態に係るファイバアレイモジュールであってもよい。   FIG. 19 shows another form of the fiber array module according to this embodiment. The fiber array module shown in FIG. 19 has an AR plate 101 attached to the end face of the fiber array 1, and includes a GRIN lens array 109 instead of the light shielding plate 7 and the lens array 9 shown in FIG. The fiber array module may be the fiber array module according to the first embodiment shown in FIG.

AR板101は、光ファイバの等価屈折率にほぼ等しい屈折率の透明薄板の片側にAR膜を付着せしめたものである。ファイバアレイ1の端面に直接AR膜を形成することが困難な場合に、ファイバアレイ1の端面に、AR板101のAR膜の形成されていない面を接着面として両者と屈折率のほぼ等しい透明接着剤で貼り付けて用い、直接的ARコートと同等の効果を得るものである。   The AR plate 101 is obtained by attaching an AR film to one side of a transparent thin plate having a refractive index substantially equal to the equivalent refractive index of an optical fiber. When it is difficult to form an AR film directly on the end face of the fiber array 1, a transparent surface having substantially the same refractive index as that of the end face of the fiber array 1 is formed on the end face of the AR plate 101 where the AR film is not formed. It is used by attaching with an adhesive to obtain the same effect as the direct AR coating.

図20に、本実施形態に係る受光モジュールの別形態を示す。図20に示す受光モジュールは、図19に示すファイバアレイモジュールと、受光素子アレイ8と、を備える。受光素子アレイ8に備わる各受光素子81は、GRINレンズアレイ109で集光された各光を受光する。   FIG. 20 shows another embodiment of the light receiving module according to this embodiment. The light receiving module shown in FIG. 20 includes the fiber array module shown in FIG. 19 and the light receiving element array 8. Each light receiving element 81 provided in the light receiving element array 8 receives each light condensed by the GRIN lens array 109.

GRINレンズアレイ109は、GRINレンズとして機能する複数のGI(Graded Index)ファイバ174−1〜174−4を有する。GRINレンズアレイ109はレンズアレイ2と外形を合わせた寸法になっており、その中央部にタップ光路に合わせてGIファイバ174−1〜174−4が配置されている。GIファイバ174−1〜174−4は、2枚のV溝板で挟持することによって固定されていることが好ましい。部分透過膜41から透過された各々の平行光が異なるGIファイバ174−1〜174−4の一端に入射される。そして、GIファイバ174−1〜174−4の他端から出射する各光をGIファイバ174−1〜174−4ごとに定められた点P9−1〜9−4に集光する。この点に、受光素子81の受光面が配置される。   The GRIN lens array 109 includes a plurality of GI (Graded Index) fibers 174-1 to 174-4 that function as GRIN lenses. The GRIN lens array 109 has a size that is the same as the outer shape of the lens array 2, and GI fibers 174-1 to 174-4 are arranged in the center of the GRIN lens array 109 according to the tap optical path. The GI fibers 174-1 to 174-4 are preferably fixed by being sandwiched between two V-groove plates. Each parallel light transmitted from the partial transmission film 41 enters one end of different GI fibers 174-1 to 174-4. And each light radiate | emitted from the other end of GI fiber 174-1 to 174-4 is condensed on the points P9-1 to 9-4 defined for every GI fiber 174-1 to 174-4. At this point, the light receiving surface of the light receiving element 81 is disposed.

GIファイバ174−1〜174−4の長さ及び屈折率分布は任意である。例えば、図19及び図20に示すように、部分透過膜4から等しい距離に受光素子81が配置される場合、屈折率分布及び長さの等しいGIファイバ174−1〜174−4を用いる。また、GIファイバ174−1〜174−4の長さによっては、レンズ厚が厚い方が近くに焦点を結び、レンズ厚が薄い方が遠くに焦点を結ぶ。このため、図21に示すようにGIファイバ174−1〜174−4の長さを変えることにより、部分透過膜4から点P9−1〜9−4までの距離を変え、受光素子81のアレイ間隔dを調整することができる。なお、GIファイバ174−1〜174−4の長さを変えることに代えて、またはこれと組み合わせて、GIファイバ174−1〜174−4の屈折率分布を変えてもよい。 The length and refractive index distribution of the GI fibers 174-1 to 174-4 are arbitrary. For example, as shown in FIGS. 19 and 20, when the light receiving element 81 is arranged at an equal distance from the partial transmission film 4, GI fibers 174-1 to 174-4 having the same refractive index distribution and the same length are used. Further, depending on the length of the GI fibers 174-1 to 174-4, the thicker the lens, the closer the focal point is, and the thinner the lens thickness, the far the focal point. Therefore, by changing the length of the GI fibers 174-1 to 174-4 as shown in FIG. 21, the distance from the partially transmissive film 4 to the points P9-1 to 9-4 is changed, and the array of light receiving elements 81 The interval d p can be adjusted. Note that the refractive index distribution of the GI fibers 174-1 to 174-4 may be changed instead of or in combination with the length of the GI fibers 174-1 to 174-4.

(第4の実施形態)
図14に、本実施形態に係るファイバアレイモジュールの一例を示す。図14に示すファイバアレイモジュールは、図7に示すファイバアレイモジュールと、遮光板7と、レンズアレイ9と、を備える。レンズアレイ2は第1レンズアレイとして機能し、レンズアレイ9は第2レンズアレイとして機能する。
(Fourth embodiment)
FIG. 14 shows an example of the fiber array module according to the present embodiment. The fiber array module shown in FIG. 14 includes the fiber array module shown in FIG. 7, a light shielding plate 7, and a lens array 9. The lens array 2 functions as a first lens array, and the lens array 9 functions as a second lens array.

部分透過膜4は、各々の非球面レンズ23に共通する反射面を形成し、個々の非球面レンズ23で平行光となった光の一部を透過し、残りの大部分を反射する。遮光板7は、複数の貫通孔71を有する。部分透過膜4の反射面から透過した各々の平行光が異なる貫通孔71の一端に入射する。そして、貫通孔71を通過後の平行光は、各貫通孔71の他端から出射する。レンズアレイ9は、複数の貫通孔71の他端から出射した各光を貫通孔71ごとに定められた点に集光する。この点に、受光素子81の受光面が配置されている。   The partial transmission film 4 forms a reflective surface common to the respective aspheric lenses 23, transmits part of the light that has become parallel light by the individual aspheric lenses 23, and reflects most of the rest. The light shielding plate 7 has a plurality of through holes 71. Each parallel light transmitted from the reflection surface of the partial transmission film 4 enters one end of a different through hole 71. Then, the parallel light after passing through the through holes 71 is emitted from the other end of each through hole 71. The lens array 9 condenses each light emitted from the other end of the plurality of through holes 71 at a point determined for each through hole 71. At this point, the light receiving surface of the light receiving element 81 is arranged.

図15に、本実施形態に係る受光モジュールの一例を示す。図15に示す受光モジュールは、図14に示すファイバアレイモジュールと、受光素子アレイ8と、を備える。受光素子アレイ8に備わる各受光素子81は、レンズアレイ9で集光された各光を受光する。図15に示す受光モジュールは、4アレイ光タップモニタモジュールとして用いることができる。   FIG. 15 shows an example of a light receiving module according to this embodiment. The light receiving module shown in FIG. 15 includes the fiber array module shown in FIG. 14 and the light receiving element array 8. Each light receiving element 81 provided in the light receiving element array 8 receives each light condensed by the lens array 9. The light receiving module shown in FIG. 15 can be used as a four-array optical tap monitor module.

適用領域は、波長1.55μm帯光通信システムである。同モジュールは、図の左側から、ファイバアレイ1、レンズアレイ2、部分透過膜4、光部品として機能する遮光板7、レンズアレイ9、および受光素子アレイ8から構成されている。ファイバ間隔dをはじめとする諸パラメータには、一例として図11に示した値を用いれば現実に実現できる。 The application area is an optical communication system with a wavelength of 1.55 μm. The module includes a fiber array 1, a lens array 2, a partially transmissive film 4, a light shielding plate 7 that functions as an optical component, a lens array 9, and a light receiving element array 8 from the left side of the figure. The various parameters, including fiber spacing d f, can be realized in reality by using the values shown in FIG. 11 as an example.

まずモジュールの動作、機能について説明する。光ファイバ11Aから空気層を介さず、直接レンズアレイ2の裏面24Bから入射して非球面レンズ23の表面から出射した光線は、その95%が部分透過膜4で反射角φ(8度)で反射して再びレンズアレイ2に戻って光ファイバ11Bに入射し、入射光強度の5%をタップされて本線に戻る。5%強度のタップ光は、後段は部分透過膜4に平行なガラス基板42を経て空気層3になっており、出射角φ(8度)で出射していくわけであるが、ガラス基板42の後段には、空間を伝わるタップ光同士の混合によるクロストーク低下を防止するため、貫通孔71の空いた遮光板7が設置されている。遮光板7はレンズアレイ2と外形を合わせた寸法になっており、その中央部にタップ光路に合わせて300μm角の貫通孔71があいている。遮光板7の後段には、レンズアレイ2と同じものであるレンズアレイ9がレンズアレイ2とは向きを同じにして設置されている。レンズアレイ9は、空間を伝搬してきて回折効果で広がったタップ光ビームを受光素子81の受光面に集光させる。   First, the operation and function of the module will be described. 95% of the light rays that directly enter from the back surface 24B of the lens array 2 and exit from the surface of the aspherical lens 23 without passing through the air layer from the optical fiber 11A are reflected by the partially transmissive film 4 at a reflection angle φ (8 degrees). The reflected light returns to the lens array 2 again and enters the optical fiber 11B, and 5% of the incident light intensity is tapped to return to the main line. The tap light having 5% intensity passes through the glass substrate 42 parallel to the partial transmission film 4 to the air layer 3 and is emitted at an emission angle φ (8 degrees). In the subsequent stage, a light shielding plate 7 having a through hole 71 is provided in order to prevent a decrease in crosstalk due to mixing of tap lights transmitted through the space. The light shielding plate 7 has a size that is the same as the outer shape of the lens array 2, and a 300 μm square through hole 71 is formed in the center of the light shielding plate 7 according to the tap optical path. A lens array 9, which is the same as the lens array 2, is installed behind the light shielding plate 7 with the same orientation as the lens array 2. The lens array 9 condenses the tap light beam that has propagated through the space and spread by the diffraction effect on the light receiving surface of the light receiving element 81.

以下に上記の各構成要素について第3の実施形態に重複しないところを述べる。
ファイバアレイ1:第3の実施形態とは異なり、8度斜め端面表面にARコートは施されていない。なお、光ファイバ光軸に対するコア端面の角度が8度に限定されないのは第3の実施形態と同様である。
In the following, the components that do not overlap with those of the third embodiment will be described.
Fiber array 1: Unlike the third embodiment, the AR coating is not applied to the surface of the end face which is inclined 8 degrees. Note that the angle of the core end face with respect to the optical fiber optical axis is not limited to 8 degrees, as in the third embodiment.

レンズアレイ2:屈折率は波長1.55μmで1.501のボロシリケート系ガラスから成っており、xy面に平行なレンズ保持面24A上の中央部に、アレイ間隔500μmで非球面レンズ23がz軸のプラス方向を向いて形成されている。隣接する非球面レンズ23との間は1μmの平坦部が設けられており、平坦部からの凸量であるサグ量は、75μmである。レンズアレイ2のx方向両端部には、レンズモールド加工時に一体で成形されたスペーサ22が設置されている。スペーサ22の表面はレンズ保持面24Aと平行になっており、その面積は片側該1×1.5mm(x×y)である。その高さは光軸位置で所定の凸側焦点距離(ここでは889.4μm)になるように設定されている。   Lens array 2: The refractive index is made of borosilicate glass having a wavelength of 1.55 μm and a wavelength of 1.501, and the aspherical lens 23 is z at the center portion on the lens holding surface 24A parallel to the xy plane with an array interval of 500 μm. It is formed facing the positive direction of the shaft. A 1 μm flat portion is provided between adjacent aspherical lenses 23, and the sag amount, which is a convex amount from the flat portion, is 75 μm. Spacers 22 that are integrally formed at the time of lens molding are installed at both ends of the lens array 2 in the x direction. The surface of the spacer 22 is parallel to the lens holding surface 24A, and its area is 1 × 1.5 mm (x × y) on one side. The height is set to be a predetermined convex focal length (here 889.4 μm) at the optical axis position.

レンズアレイ2の裏面24Bは、ファイバアレイ1の端面に平行で、y軸に対して斜めとなっており、この斜めの裏面24Bへのレンズ凸面頂点からのz方向距離が凹側焦点距離fとなるように設定されている。 Backside 24B of the lens array 2 is parallel to the end face of the fiber array 1, has a diagonal relative to the y-axis, z-direction distance is concave focal length f c from the lens convex surface vertex to the diagonal backside 24B It is set to become.

部分透過膜4及びガラス基板42:本実施形態では、部分透過膜4はガラス基板42に付着されている。ガラス基板42は、レンズアレイ2とは別個の透明基板でありかつ同一屈折率nを持つものである。両面が平行なガラス基板42上には、入射角φを8度に設定した部分透過膜4が付着されている。その反射/透過の割合は、95%/5%であることが好ましく、その材質としては、例えば、イオンビームアシスト蒸着法によるSiO−TiO多層膜が例示できる。 Partially permeable film 4 and glass substrate 42: In this embodiment, the partially permeable film 4 is attached to the glass substrate 42. Glass substrate 42, and the lens array 2 is intended to have a have and the same refractive index n c a separate transparent substrate. A partially transmissive film 4 having an incident angle φ set to 8 degrees is attached on the glass substrate 42 whose both surfaces are parallel. The reflection / transmission ratio is preferably 95% / 5%, and examples of the material include a SiO 2 —TiO 2 multilayer film formed by ion beam assisted deposition.

遮光板7:遮光板7は、外形4000×2000×1000μmの方形の赤外線吸収ガラスから成っている。その中央部には、図14及び図15に示すように、タップ光の光路に合わせて、xz面に平行で、z軸方向と反射角φである8度の角度をなす300μm角の貫通孔があけられている。x方向アレイピッチはレンズアレイ2と同じ500μmである。タップ光のビーム径が図11に示す214.6μmである場合、タップ光は遮光板7の貫通孔71の壁に接触することなく伝搬するが、前段のレンズアレイ2や部分透過膜4での反射透過で発生した構造不整による乱反射成分は、この遮光板7で阻止されて、受光素子アレイ8に達してクロストークになるのを防止する。   Light-shielding plate 7: The light-shielding plate 7 is made of a rectangular infrared absorbing glass having an outer shape of 4000 × 2000 × 1000 μm. As shown in FIGS. 14 and 15, a 300 μm square through-hole is formed in the central portion, which is parallel to the xz plane and forms an angle of 8 degrees with the z-axis direction and the reflection angle φ in accordance with the optical path of the tap light. Has been opened. The x-direction array pitch is 500 μm, which is the same as the lens array 2. When the beam diameter of the tap light is 214.6 μm shown in FIG. 11, the tap light propagates without contacting the wall of the through hole 71 of the light shielding plate 7, but in the lens array 2 or the partial transmission film 4 in the previous stage. The irregular reflection component caused by the structural irregularity caused by reflection and transmission is blocked by the light shielding plate 7, and reaches the light receiving element array 8 to prevent crosstalk.

図14及び図15の側面図に示すように、ファイバアレイ1から受光素子アレイ8まで接続界面は全て斜めに保たれているため、反射戻り光を防ぐ構造となっている。   As shown in the side views of FIGS. 14 and 15, since the connection interface from the fiber array 1 to the light receiving element array 8 is all kept oblique, it has a structure that prevents reflected return light.

組み立て工程:第3の実施形態と異なる点は、第1の工程にてまずレンズアレイ2と部分透過膜4を接続しておくことである。これは、部分透過膜4はただの一様な平板であるので調芯作業は不要で、型合わせ作業のみで接続できる。他は前記した第3の実施形態と同様である。   Assembly process: The difference from the third embodiment is that the lens array 2 and the partial transmission film 4 are first connected in the first process. This is because the partially permeable membrane 4 is a simple flat plate, and therefore alignment work is not necessary, and connection can be made only by mold matching work. Others are the same as in the third embodiment.

特性:作製した4chタップモニタモジュールの波長1.55μmでの特性は、挿入損失0.4〜0.5dB、反射減衰量46dB以上、受光感度50〜60mA/Wであった。隣接クロストークも45dB以上であった。特性は第3の実施形態と同様であった。   Characteristics: The characteristics of the manufactured 4ch tap monitor module at a wavelength of 1.55 μm were an insertion loss of 0.4 to 0.5 dB, a return loss of 46 dB or more, and a light receiving sensitivity of 50 to 60 mA / W. Adjacent crosstalk was also 45 dB or more. The characteristics were the same as in the third embodiment.

(第5の実施形態)
前述の実施形態では1次元配列のアレイであったが、2次元アレイも可能である。その場合、図1又は図7に示すファイバアレイモジュールがy方向に並列に配列される。
(Fifth embodiment)
In the above-described embodiment, the array is a one-dimensional array, but a two-dimensional array is also possible. In that case, the fiber array modules shown in FIG. 1 or FIG. 7 are arranged in parallel in the y direction.

その際に一番問題となるのが、ファイバアレイ1であるが、光ファイバアレイ1は、特許文献3によってできる。そのz方向からみた接続面を図16に示す。図16に示す光ファイバアレイ1は、ファイバアレイ用の60度のV溝14を施したV溝板13−2〜13−5を備える。V溝板13−2〜13−5には、V溝14のアレイの両脇に、位置合わせV溝15−1、15−2が設けられている。そして、このV溝板13−2〜13−5の裏面にも表面側と同じx方向位置に位置合わせ溝15−3、15−4が形成されている。位置合わせ用光ファイバ12は、図に示す光ファイバ11A,11Bと同じものを使用すればよい。   In this case, the most serious problem is the fiber array 1. The connection surface seen from the z direction is shown in FIG. The optical fiber array 1 shown in FIG. 16 includes V-groove plates 13-2 to 13-5 having a 60-degree V-groove 14 for the fiber array. The V-groove plates 13-2 to 13-5 are provided with alignment V-grooves 15-1 and 15-2 on both sides of the V-groove 14 array. Further, alignment grooves 15-3 and 15-4 are formed on the back surfaces of the V-groove plates 13-2 to 13-5 at the same position in the x direction as the front surface side. The alignment optical fiber 12 may be the same as the optical fibers 11A and 11B shown in the figure.

その場合、V溝14の開口幅をW14、位置合わせ溝15−1,15−2,15−3,15−4の開口幅W15とすると、それらは
(数11)
14=2(R√3−d13/√3) (11)
(数12)
15=(2R−d13)/√3 (12)
と設定すればよい。そうすれば、位置合わせ溝15に丁度位置合わせ用光ファイバ12が勘合したときに、上板によって導波用光ファイバ11が上板で押さえられることになる。ここで、Rは光ファイバの半径、d13はV溝板13−2〜13−5と上板の距離である。本実施形態では、d13を20μmとしたのでW14=193μm、w15=61μmとした。
In this case, if the opening width of the V-groove 14 is W 14 and the opening width W 15 of the alignment grooves 15-1, 15-2, 15-3, and 15-4 is,
W 14 = 2 (R f √3-d 13 / √3) (11)
(Equation 12)
W 15 = (2R f −d 13 ) / √3 (12)
Should be set. Then, when the alignment optical fiber 12 is just fitted into the alignment groove 15, the waveguide optical fiber 11 is pressed by the upper plate by the upper plate. Here, R f is the radius of the optical fiber, d 13 is the distance of the upper and V-shaped groove plate 13-2~13-5. In this embodiment, the since the d 13 and 20 [mu] m W 14 = 193 nm, and w 15 = 61 [mu] m.

位置合わせ溝15−1,15−2,15−3,15−4は、V溝板13の表裏でx方向位置が一致している必要があるが、表裏の位置合わせは、スライサーやダイシングソーなどの溝加工装置において、溝形成位置観察鏡筒の上下ピント合わせ軸の加工面に対する垂直度を事前に調整しておけばよい。かようにして、テンパックスガラスで作製した8×4ファイバアレイのx方向ピッチは250μm、y方向ピッチは1mmである。これにより、x方向500μmピッチ、y方向1mmピッチの4×4アレイのファイバアレイモジュール及び受光モジュールを作製することができる。   The alignment grooves 15-1, 15-2, 15-3, and 15-4 need to have the same position in the x direction on the front and back of the V-groove plate 13. In such a groove processing apparatus, the perpendicularity of the upper and lower focusing axes of the groove forming position observation lens barrel to the processing surface may be adjusted in advance. Thus, the 8 × 4 fiber array made of Tempax glass has an x-direction pitch of 250 μm and a y-direction pitch of 1 mm. As a result, a 4 × 4 array fiber array module and a light receiving module having a pitch of 500 μm in the x direction and a pitch of 1 mm in the y direction can be manufactured.

ここで、ファイバアレイ1は、図17の側面図に示すように、光ファイバのコア付近だけの部分斜め加工を施すことが好ましい。もし、アレイの端面全面にわたって斜めにすると、レンズアレイ2以下後段のすべての部品の2次元アレイ化が格段に困難になるためである。加工にはデュアルヘッドダイシングソーを用いることができる。これは、ダイシングヘッドを縦列に2機備えているものであり、1回の工程で異なる2種のブレードを用いて連続加工できる装置である。   Here, as shown in the side view of FIG. 17, the fiber array 1 is preferably subjected to partial oblique processing only in the vicinity of the core of the optical fiber. This is because, if the entire surface of the end face of the array is inclined, it is extremely difficult to make all the components after the lens array 2 and subsequent stages into a two-dimensional array. A dual head dicing saw can be used for processing. This is a device equipped with two dicing heads in a column and can be continuously processed using two different blades in one process.

ファイバアレイ1以外のレンズアレイ2,9や遮光板7、および受光素子アレイ8の2Dアレイ化も行い、いずれもx方向500μmピッチ、y方向1mmピッチで4×4アレイである。作製した4×4タップモニタモジュールの側面図を図17に示す。外観は、上面図は図12と全く同様であり、側面図では、y方向に積み重ねられたような形態となっている。   The lens arrays 2 and 9 other than the fiber array 1, the light shielding plate 7, and the light receiving element array 8 are also made into a 2D array, and all are 4 × 4 arrays with a pitch of 500 μm in the x direction and a pitch of 1 mm in the y direction. A side view of the manufactured 4 × 4 tap monitor module is shown in FIG. As for the appearance, the top view is exactly the same as FIG. 12, and the side view has a form of being stacked in the y direction.

(本開示の効果)
以上述べたように、本開示のレンズアレイ2及びこれを用いたモジュールには、以下のような利点がある。
・スペーサ22がレンズアレイ2と一体に形成されているため、スペーサ22を別個に作製する工程と、レンズアレイ2に貼り付ける工程が不要となるため、工程数に起因するコストを低減することができる。
・スペーサ22がレンズアレイ2と一体に形成されているため、事前によく調整された金型を用いたガラスモールドによってレンズアレイ2を作製することで、レンズアレイ2の大量生産を容易にし、かつ、品質を安定させることができる。
・スペーサ22の突き出し量が非球面レンズ23よりも多いため、非球面レンズ23のキズを防ぐことができる。
・光軸方向の調芯に合わせたスペーサ22の突き出し量とすることで、ファイバアレイ1とレンズアレイ2の接続工程における光軸方向の調芯を省略することができる。このため、ファイバアレイ1とレンズアレイ2の接続工程の時間を短縮することができるとともに、調芯時におけるファイバアレイ1又はレンズアレイ2のキズを防ぐことができる。
・総じて不良品の発生が低下し、それだけ排出される廃棄物の量も少なく、環境負荷が少ない。
(Effects of the present disclosure)
As described above, the lens array 2 of the present disclosure and the module using the same have the following advantages.
Since the spacer 22 is formed integrally with the lens array 2, a process for separately manufacturing the spacer 22 and a process for attaching the spacer 22 to the lens array 2 are not required, thereby reducing the cost due to the number of processes. it can.
Since the spacer 22 is formed integrally with the lens array 2, mass production of the lens array 2 is facilitated by producing the lens array 2 by a glass mold using a mold that has been well adjusted in advance. , Can stabilize the quality.
Since the protruding amount of the spacer 22 is larger than that of the aspheric lens 23, the aspheric lens 23 can be prevented from being scratched.
By adjusting the protruding amount of the spacer 22 in accordance with the alignment in the optical axis direction, alignment in the optical axis direction in the connection process between the fiber array 1 and the lens array 2 can be omitted. For this reason, it is possible to shorten the time for the connection process between the fiber array 1 and the lens array 2 and to prevent the fiber array 1 or the lens array 2 from being damaged during alignment.
-Overall, the number of defective products is reduced, the amount of waste discharged is small, and the environmental impact is low.

本開示は情報通信産業に適用することができる。   The present disclosure can be applied to the information communication industry.

1:ファイバアレイ
11、11A、11A−1、11A−2、11A−3、11A−4、11A−11、11A−12、11A−13、11A−14、11A−21、11A−31、11A−41、11B、11B−1、11B−2、11B−3、11B−4、11B−11、11B−12、11B−13、11B−14、11B−21、11B−31、11B−41:光ファイバ
12−1、12−2:位置合わせ用光ファイバ
13−1、13−2、13−3、13−4、13−5:V溝板
14:V溝
15−1、15−2、15−3、15−4:位置合わせ溝
2、9:レンズアレイ
22:スペーサ部
23:非球面レンズ
24:レンズ保持部
24A:レンズ保持面
24B:裏面
3:空気層
4:部分透過膜
42:ガラス基板
53:上金型
54:下金型
55:原料ガラス塊
7:遮光板
71:貫通孔
8:受光素子アレイ
91:焦点距離調整樹脂
101:AR板
109:GRINレンズアレイ
174:GIファイバ
1: Fiber array 11, 11A, 11A-1, 11A-2, 11A-3, 11A-4, 11A-11, 11A-12, 11A-13, 11A-14, 11A-21, 11A-31, 11A- 41, 11B, 11B-1, 11B-2, 11B-3, 11B-4, 11B-11, 11B-12, 11B-13, 11B-14, 11B-21, 11B-31, 11B-41: optical fiber 12-1, 12-2: Positioning optical fibers 13-1, 13-2, 13-3, 13-4, 13-5: V groove plate 14: V grooves 15-1, 15-2, 15- 3, 15-4: Alignment grooves 2, 9: Lens array 22: Spacer portion 23: Aspherical lens 24: Lens holding portion 24A: Lens holding surface 24B: Back surface 3: Air layer 4: Partial transmission film 42: Glass substrate 53: Upper mold 54: Lower Type 55: raw glass gob 7: shielding plate 71: through hole 8: photodiode array 91 is a focal length adjusting resin 101: AR plate 109: GRIN lens array 174: GI fiber

Claims (10)

平坦な保持面に保持され、前記保持面と垂直な所定平面内にレンズの中心軸が並列に配置されている複数の非球面レンズと、
平坦な前記保持面上で前記複数の非球面レンズを保持するレンズ保持部と、
前記保持面に配置され、前記保持面からの高さが前記複数の非球面レンズよりも高い位置に凸面を有する複数の凸部と、
を備え、
前記複数の凸部に備わる各凸面は、前記非球面レンズの光軸に垂直な面に対して等しい所定の角度で傾斜している、
レンズアレイ。
A plurality of aspheric lenses that are held by a flat holding surface and in which a central axis of the lens is arranged in parallel in a predetermined plane perpendicular to the holding surface;
A lens holding unit for holding the plurality of aspheric lenses on the flat holding surface;
A plurality of convex portions arranged on the holding surface and having convex surfaces at positions higher than the plurality of aspheric lenses from the holding surface;
With
Each convex surface provided in the plurality of convex portions is inclined at a predetermined angle equal to a surface perpendicular to the optical axis of the aspheric lens,
Lens array.
平坦な保持面に保持され、前記保持面と垂直な所定平面内にレンズの中心軸が並列に配置されている複数の非球面レンズと、
平坦な前記保持面上で前記複数の非球面レンズを保持するレンズ保持部と、
前記保持面に配置され、前記保持面からの高さが前記複数の非球面レンズよりも高い位置に凸面を有する複数の凸部と、
を備え、
前記複数の凸部に備わる各凸面は、前記非球面レンズの光軸に垂直な面と平行であり、
前記保持部の前記凸面に対向する裏面が、前記非球面レンズの光軸に垂直な面に対して等しい所定の角度で傾斜している、
レンズアレイ。
A plurality of aspheric lenses that are held by a flat holding surface and in which a central axis of the lens is arranged in parallel in a predetermined plane perpendicular to the holding surface;
A lens holding unit for holding the plurality of aspheric lenses on the flat holding surface;
A plurality of convex portions arranged on the holding surface and having convex surfaces at positions higher than the plurality of aspheric lenses from the holding surface;
With
Each convex surface provided in the plurality of convex portions is parallel to a surface perpendicular to the optical axis of the aspheric lens,
The back surface of the holding portion facing the convex surface is inclined at a predetermined angle equal to the surface perpendicular to the optical axis of the aspheric lens;
Lens array.
前記複数の凸部は、前記保持面のうち、前記複数の非球面レンズの配列方向における前記複数の非球面レンズの両端よりも外側であり、かつ、前記複数の非球面レンズの配列方向に直交する方向における前記複数の非球面レンズの両端よりも外側に配置されている、
請求項1又は2に記載のレンズアレイ。
The plurality of convex portions are outside of both ends of the plurality of aspheric lenses in the arrangement direction of the plurality of aspheric lenses in the holding surface and orthogonal to the arrangement direction of the plurality of aspheric lenses. Is disposed outside both ends of the plurality of aspheric lenses in the direction of
The lens array according to claim 1 or 2.
前記複数の凸面の面積は、前記非球面レンズの前記保持面への投影面積よりも広く、
前記複数の凸部は、前記保持面のうち、前記複数の非球面レンズの配列方向における前記複数の非球面レンズの両端に隣接する位置に配置されている、
請求項1から3のいずれかに記載のレンズアレイ。
The area of the plurality of convex surfaces is wider than the projected area of the aspheric lens on the holding surface,
The plurality of convex portions are disposed at positions adjacent to both ends of the plurality of aspheric lenses in the arrangement direction of the plurality of aspheric lenses, in the holding surface.
The lens array according to claim 1.
2本の光ファイバごとに1つの前記非球面レンズを有し、各々の前記非球面レンズが前記2本の光ファイバからの光を前記非球面レンズごとに定められた反射面の一点に集光する、請求項1から4のいずれかに記載の第1のレンズアレイと、
前記第1のレンズアレイに備わる各々の前記非球面レンズに対して2本の光ファイバを有し、各光ファイバの長手方向が前記所定平面内で前記非球面レンズの中心軸と平行に配置されているファイバアレイと、
を備えるファイバアレイモジュール。
Each of the two optical fibers has one aspheric lens, and each of the aspheric lenses condenses light from the two optical fibers on one point of a reflection surface defined for each of the aspheric lenses. The first lens array according to any one of claims 1 to 4,
Each of the aspheric lenses included in the first lens array has two optical fibers, and the longitudinal direction of each optical fiber is arranged in parallel to the central axis of the aspheric lens within the predetermined plane. Fiber array
A fiber array module comprising:
前記第1のレンズアレイにおける前記光ファイバの光軸に垂直な面に対する前記光ファイバの端面の角度は略8度であり、
前記第1のレンズアレイにおける前記所定の角度は、前記光ファイバの端面の角度及び前記光ファイバの出射光の屈折角度に応じて定められる、
請求項5に記載のファイバアレイモジュール。
The angle of the end face of the optical fiber with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the optical fiber in the first lens array is approximately 8 degrees,
The predetermined angle in the first lens array is determined according to an angle of an end face of the optical fiber and a refraction angle of outgoing light of the optical fiber.
The fiber array module according to claim 5.
各々の前記非球面レンズの前記反射面を形成し、前記一点に集光された光の一部を透過し、前記一点に集光された光の一部を反射する部分透過膜と、
複数のGRINレンズを有し、前記反射面から透過された各々の前記平行光が異なる前記GRINレンズの一端に入射され、前記GRINレンズの他端から出射する各光を前記GRINレンズごとに定められた点に集光するGRINレンズアレイと、
をさらに備える、
請求項5又は6に記載のファイバアレイモジュール。
Forming a reflecting surface of each of the aspherical lenses, transmitting a part of the light condensed at the one point, and reflecting a part of the light condensed at the one point;
Each of the GRIN lenses has a plurality of GRIN lenses, and each of the parallel lights transmitted from the reflecting surface is incident on one end of the different GRIN lens, and each light emitted from the other end of the GRIN lens is determined for each GRIN lens. A GRIN lens array that collects light at a point,
Further comprising
The fiber array module according to claim 5 or 6.
請求項7に記載のファイバアレイモジュールと、
前記GRINレンズアレイで集光された各光を受光する受光素子アレイと、
を備える受光モジュール。
A fiber array module according to claim 7,
A light receiving element array for receiving each light condensed by the GRIN lens array;
A light receiving module comprising:
各々の前記非球面レンズの前記反射面を形成し、前記一点に集光された光の一部を透過し、前記一点に集光された光の一部を反射する部分透過膜と、
前記部分透過膜から透過された光を透過する複数の貫通孔を有し、前記部分透過膜から透過された各々の光が異なる前記貫通孔の一端に入射され、前記貫通孔を通過後の光を各貫通孔の他端から出射する光部品と、
前記複数の貫通孔の前記他端から出射された各光を前記貫通孔ごとに定められた点に集光する第2のレンズアレイと、
をさらに備える、
請求項5又は6に記載のファイバアレイモジュール。
Forming a reflecting surface of each of the aspherical lenses, transmitting a part of the light condensed at the one point, and reflecting a part of the light condensed at the one point;
Light having a plurality of through holes that transmit the light transmitted from the partial transmission film, and each light transmitted from the partial transmission film is incident on one end of the different through holes, and the light after passing through the through holes An optical component that emits from the other end of each through-hole,
A second lens array for condensing each light emitted from the other end of the plurality of through holes at a point determined for each through hole;
Further comprising
The fiber array module according to claim 5 or 6.
請求項9に記載のファイバアレイモジュールと、
前記第2のレンズアレイで集光された各光を受光する受光素子アレイと、
を備える受光モジュール。
The fiber array module according to claim 9,
A light receiving element array for receiving each light condensed by the second lens array;
A light receiving module comprising:
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