JP2019040062A

JP2019040062A - プリズム及び光モジュール

Info

Publication number: JP2019040062A
Application number: JP2017161771A
Authority: JP
Inventors: 充富田; Mitsuru Tomita
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2019-03-14
Also published as: TW201913154A; WO2019038997A1

Abstract

【課題】容易にアライメントすることができ、小型化を図ることを可能とするプリズムを提供する。
【解決手段】光が入射する入射面２と、入射面２で入射した光が反射する反射面３と、反射面３で反射した光が出射する出射面４と、を備え、反射面３に凸レンズ８が設けられており、凸レンズ８が、非対称のレンズであることを特徴とする、プリズム１。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子間を光学的に結合するプリズム及び該プリズムを備える光モジュールに関する。

従来、光学素子間を光学的に結合するプリズムを用いた光モジュールが知られている。
このような光モジュールの一例が、下記の特許文献１に開示されている。特許文献１の光モジュールでは、光導波回路の一端にプリズムが設けられている。光導波回路から出射された光は、プリズム内を通って、受光素子で受光される。特許文献１では、プリズムの出射面にレンズが設けられており、それによって受光素子に集光されている。

また、下記の特許文献２では、入射面及び出射面の双方にレンズが設けられたプリズムを備える光モジュールが開示されている。特許文献２では、プリズム及び受光素子に、それぞれ、アライメント用マーカが設けられている。そして、撮像装置によってアライメント用マーカの位置を検出し、プリズム及び受光素子のアライメント用マーカを重ね合わせることにより、調芯がなされている。

特開２０１０−１６４８５６号公報特開２０１４−１３７４１０号公報

しかしながら、特許文献１の光モジュールでは、受光素子側以外からはレンズ曲面が視認できないため、実装時においてレンズによりアライメント（位置合わせ）できないという問題があった。また、特許文献２の光モジュールでは、レンズとアライメント用マーカ間における位置精度誤差が累積することがあった。さらに、アライメント用マーカを追加で構造付与しなければならないため、低コスト化や小型化が難しいという問題があった。

本発明の目的は、容易にアライメントすることができ、小型化を図ることを可能とする、プリズム及び該プリズムを用いた光モジュールを提供することにある。

本発明に係るプリズムは、光が入射する入射面と、前記入射面で入射した光が反射する反射面と、前記反射面で反射した光が出射する出射面と、を備え、前記反射面に凸レンズが設けられており、前記凸レンズが、非対称のレンズであることを特徴としている。

本発明に係るプリズムは、前記反射面において、任意の方向をｘ方向とし、該ｘ方向に直交する方向をｙ方向としたときに、前記ｘ方向における前記凸レンズの曲率と、前記ｙ方向における前記凸レンズの曲率とが異なっていることが好ましい。

本発明に係るプリズムは、前記反射面において、光が全反射することが好ましい。

本発明に係るプリズムは、対向し合う第１の側面及び第２の側面をさらに備え、前記入射面、前記反射面及び前記出射面が、それぞれ、前記第１の側面及び前記第２の側面を結んでおり、前記第１の側面及び前記第２の側面を結ぶ方向において、前記凸レンズが一列に複数設けられていることが好ましい。

本発明に係るプリズムは、前記反射面において、前記第１の側面及び前記第２の側面を結ぶ方向を前記ｘ方向とし、前記ｘ方向と直交する方向を前記ｙ方向としたときに、前記ｘ方向における前記凸レンズの曲率が、前記ｙ方向における前記凸レンズの曲率よりも大きいことが好ましい。

本発明に係る光モジュールは、本発明に従って構成されるプリズムと、前記プリズムに光を入射させるための光ファイバと、前記プリズムから出射された光を集光するための受光素子と、を備えることを特徴としている。

本発明によれば、容易にアライメントすることができ、小型化を図ることを可能とする、プリズムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光モジュールを構成するプリズムの外観を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの要部を示す模式的断面図である。本発明の第１の実施形態に係る光モジュールを構成するプリズムの反射面を示す模式的平面図である。本発明の第１の実施形態に係る光モジュールを構成する受光素子で光を受光する状態を示す模式図である。本発明の第２の実施形態に係る光モジュールの要部を示す模式的断面図である。本発明の第３の実施形態に係る光モジュールの要部を示す模式的断面図である。比較例の光モジュールを構成する受光素子で光を受光する状態を示す模式図である。

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

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光モジュールを構成するプリズムの外観を示す斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの要部を示す模式的断面図である。なお、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う方向における光モジュールの要部を示す模式的断面図である。

図２に示すように、光モジュール１１は、光ファイバ１２、プリズム１及び受光素子１３を備える。プリズム１は、入射面２、反射面３、出射面４及び対向面７を備える。入射面２は、光が入射する面である。反射面３は、入射面２から入射した光が反射する面である。また、出射面４は、反射面３で反射した光が出射する面である。対向面７は、入射面２と対向する面であり、反射面３及び出射面４と接続されている。

本実施形態では、光ファイバ１２から光が出射され、入射面２を通ってプリズム１内に光が入射する。入射面２を通ってプリズム１内に入射した光は、反射面３で反射する。反射面３で反射した光は、出射面４を通ってプリズム１の外に出射される。そして、出射面４から出射された光は、受光素子１３で受光される。

図１に示すように、プリズム１は、対向し合う第１の側面５及び第２の側面６を備える。上述の入射面２、反射面３、出射面４及び対向面７は、この第１の側面５及び第２の側面６を結んでいる。より具体的に、入射面２は、反射面３及び出射面４と接続されており、第１の側面５及び第２の側面６を結んでいる。反射面３は、入射面２及び対向面７と接続されており、第１の側面５及び第２の側面６を結んでいる。出射面４は、入射面２及び対向面７と接続されており、第１の側面５及び第２の側面６を結んでいる。そして、対向面７は、反射面３及び出射面４と接続されており、第１の側面５及び第２の側面６を結んでいる。

反射面３には、複数の凸レンズ８が設けられている。本実施形態において、複数の凸レンズ８の平面形状は、楕円状である。もっとも、複数の凸レンズ８の平面形状は、楕円状でなくともよく、平面形状は特に限定されない。

また、複数の凸レンズ８は、反射面３において、第１の側面５及び第２の側面６を結ぶ方向に一列に設けられている。それによって、プリズムレンズアレイが構成されている。従って、本実施形態のプリズム１は、プリズムレンズアレイである。なお、プリズム１において、凸レンズ８の個数は、特に限定されない。プリズム１は、例えば、１個の凸レンズ８により構成されるプリズムであってもよい。本実施形態においては、凸レンズ８により、プリズム１に入射した光を反射させ、受光素子１３に光を集光させることができる。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る光モジュールを構成するプリズムの反射面を示す模式的平面図である。図３に示すように、複数の凸レンズ８は、いずれも非対称のレンズであり、いわゆるアナモルフィック非球面を有している。より具体的には、図３に示すｘ_１方向における凸レンズ８の曲率と、ｙ_１方向における凸レンズ８の曲率とが異なっている。なお、本実施形態においてｘ_１方向は、反射面３において第１の側面５及び第２の側面６を結ぶ方向である。ｙ_１方向は、反射面３においてｘ_１方向に直交する方向である。もっとも、本発明においては、反射面３において、任意の方向における凸レンズ８の曲率と、上記任意の方向に直交する方向における凸レンズ８の曲率が異なっていればよい。また、本実施形態では、複数の凸レンズ８が、全て非対称のレンズにより構成されているが、複数の凸レンズ８のうち少なくとも１つの凸レンズ８が非対称のレンズにより構成されていればよい。

本実施形態においては、上記のようにプリズム１の反射面３に凸レンズ８が設けられている。そのため、受光素子１３以外の方向から、レンズ８の位置を明確に視認することができる。従って、プリズム１を実装する際に、容易にかつ精度よくアライメントすることができ、プリズム１を実装する際の位置精度を効果的に高めることができる。また、本実施形態では、凸レンズ８の位置を明確に視認することができるので、出射面４などにアライメント用マーカを追加で構造付与しなくともよい。従って、プリズム１や光モジュール１１においては、部品点数を削減することもできる。

本実施形態においては、プリズム１の入射面２に光ファイバ１２が直接接続されている。本実施形態においては、プリズム１の反射面３に凸レンズ８が設けられており、入射面２に凸レンズ８が設けられていないので、光ファイバ１２を入射面２に近づけることができる。そのため、光モジュール１１の小型化を図ることができる。

本実施形態においては、プリズム１の反射面３に凸レンズ８が設けられており、出射面４に凸レンズ８が設けられていないので、光モジュール１１の低背化を図ることもできる。

なお、本実施形態では、上述したように出射面４などにアライメント用マーカを追加で構造付与しなくてもよいので、この点からも光モジュール１１の小型化や低背化を図ることができる。

また、本実施形態では、上述したように、凸レンズ８が非対称のレンズにより構成されている。そのため、光モジュール１１では、受光素子１３に精度よく光を集光することができる。これを、以下、図４及び図７を参照してより詳細に説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態に係る光モジュールを構成する受光素子で光を受光する状態を示す模式図である。図７は、比較例の光モジュールを構成する受光素子で光を受光する状態を示す模式図である。なお、図４では、上述した本実施形態における軸非対称の凸レンズ８を用いた場合において、受光素子１３で光を受光する状態を示している。また、図７では、比較例として軸対称の凸レンズを用いた場合において、受光素子１３で光を受光する状態を示している。

比較例においては、軸対称の凸レンズを用いているので、ｘ_２方向及びｙ_２方向において、独立に光の反射方向を制御することができない。そのため、図７に示すように、受光素子１３に精度よく集光することができない。

一方、本実施形態においては、軸非対称の凸レンズ８を用いているので、ｘ_２方向及びｙ_２方向において、独立に光の反射方向を制御することができる。そのため、図４に示すように、受光素子１３に精度よく集光することができる。

なお、図３に示すように、本実施形態においては、ｘ_１方向における凸レンズ８の曲率が、ｙ_１方向における凸レンズ８の曲率よりも大きい。そのため、反射面３のｘ_１方向における寸法が同じ場合、凸レンズ８が球面である場合と比較して、より一層多くの凸レンズ８を設けることができる。また、凸レンズ８の個数が同じである場合、反射面３のｘ_１方向における寸法をより一層小さくすることができ、より一層の小型化を図ることができる。

また、本実施形態においては、反射面３において、光が全反射することが好ましい。この場合、受光素子１３に光をより一層効率的に集光させることができる。

なお、本実施形態において、凸レンズ８は、ガラスにより構成されていることが好ましい。この場合、より一層高い光学特性を得ることができ、より一層高い耐久性を得ることができる。

ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫ）系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス、ＴｅＯ_２系ガラスまたはＢｉ_２Ｏ_３系ガラス等を用いることができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る光モジュールを示す模式的断面図である。図５に示すように、光モジュール２１を構成するプリズム２２においては、対向面７が設けられていない。プリズム２２においては、反射面３及び出射面４が直接的に接続されている。なお、プリズム２２の平面形状は、略三角形である。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態においても、凸レンズ８が反射面３に設けられており、凸レンズ８が非対称のレンズである。そのため、プリズム２２を実装する際に、容易にかつ精度よくアライメントすることができる。また、凸レンズ８の位置を明確に視認することができるので、出射面４などにアライメント用マーカを追加で構造付与しなくともよい。従って、プリズム２２や光モジュール２１においては、部品点数を削減することができる。また、光モジュール２１の小型化や低背化を図ることもできる。

また、第２の実施形態のように、プリズム２２は、対向面７を有していなくともよく、反射面３及び出射面４が直接、接続されていてもよい。この場合、プリズム２２や光モジュール２１のより一層の低背化を図ることができる。もっとも、第１の実施形態のように対向面７を有している場合は、反射面３と出射面４とを結ぶ方向に沿う対向面７を有することにより、図示しない位置調整用の治具等にプリズム１を押し当てて位置調整を行うことが可能となり、実装時の光軸調をより一層容易に行うことができる。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る光モジュールを示す模式的断面図である。図６に示すように、光モジュール３１においては、プリズム３２の出射面４が、受光素子１３と接続されている。その他の点は、第１の実施形態と同様である。

第３の実施形態においても、凸レンズ８が反射面３に設けられており、凸レンズ８が非対称の凸レンズ８である。そのため、そのため、プリズム３２を実装する際に、容易にかつ精度よくアライメントすることができる。また、凸レンズ８の位置を明確に視認することができるので、出射面４などにアライメントマークを追加で構造付与しなくともよい。従って、プリズム３２や光モジュール３１においては、部品点数を削減することができる。また、光モジュール３１の小型化や低背化を図ることもできる。

また、第３の実施形態のように、プリズム３２の出射面４が、受光素子１３と直接接続されていてもよい。この場合、光モジュール３１のより一層の低背化を図ることができる。

１，２２，３２…プリズム
２…入射面
３…反射面
４…出射面
５，６…第１，第２の側面
７…対向面
８…凸レンズ
１１，２１，３１…光モジュール
１２…光ファイバ
１３…受光素子

Claims

光が入射する入射面と、
前記入射面で入射した光が反射する反射面と、
前記反射面で反射した光が出射する出射面と、
を備え、
前記反射面に凸レンズが設けられており、
前記凸レンズが、非対称のレンズである、プリズム。
前記反射面において、任意の方向をｘ方向とし、該ｘ方向に直交する方向をｙ方向としたときに、
前記ｘ方向における前記凸レンズの曲率と、前記ｙ方向における前記凸レンズの曲率とが異なっている、請求項１に記載のプリズム。
前記反射面において、光が全反射する、請求項１又は２に記載のプリズム。
対向し合う第１の側面及び第２の側面をさらに備え、
前記入射面、前記反射面及び前記出射面が、それぞれ、前記第１の側面及び前記第２の側面を結んでおり、
前記第１の側面及び前記第２の側面を結ぶ方向において、前記凸レンズが一列に複数設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプリズム。
前記反射面において、前記第１の側面及び前記第２の側面を結ぶ方向を前記ｘ方向とし、前記ｘ方向と直交する方向を前記ｙ方向としたときに、
前記ｘ方向における前記凸レンズの曲率が、前記ｙ方向における前記凸レンズの曲率よりも大きい、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリズム。
請求項１〜５のいずれか１項に記載のプリズムと、
前記プリズムに光を入射させるための光ファイバと、
前記プリズムから出射された光を集光するための受光素子と、
を備える、光モジュール。