JP2797875B2 - 光学基板及び光接続素子 - Google Patents
光学基板及び光接続素子Info
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- JP2797875B2 JP2797875B2 JP5001468A JP146893A JP2797875B2 JP 2797875 B2 JP2797875 B2 JP 2797875B2 JP 5001468 A JP5001468 A JP 5001468A JP 146893 A JP146893 A JP 146893A JP 2797875 B2 JP2797875 B2 JP 2797875B2
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- lens
- optical
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Lenses (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光を用いて、並列高
速に情報を伝達するために必要な光学基板及び光接続素
子に関するものである。
速に情報を伝達するために必要な光学基板及び光接続素
子に関するものである。
【０００２】
【従来技術とその課題】大規模な情報を処理するため
に、高速に演算を実行する計算機の研究が進んでいる。
しかし、従来の逐次処理に基づく方法は性能限界に近付
いていると考えられている。そこで多数のプロセッサを
持ち、複数の演算を同時に実行する並列処理アーキテク
チャの研究が進んでいる。またこれと平行して、高速化
のために、プロセッサ間の接続を光で行う試みも進めら
れている。光による接続は、自由空間を伝搬でき、互い
に干渉し合わないという点で、従来の電気配線より有利
である。このような光接続法として、面型の光素子を透
明基板面に実装する光接続法が提案された。この方法の
詳細は、例えば、雑誌「アプライドオプティクス(Appli
ed Optics)」第２８巻第９号の１６０２頁から１６０５
頁に掲載された論文「自由空間光素子の平板集積(Plana
r integration of free-space optical components) 」
に述べられている。しかし、この方法の問題は、透明基
板中において、光が光学素子に対して、必ず斜めに入射
しながら伝搬して行くので、軸外収差が大きくなり光利
用率の低下を招くことにあった。
に、高速に演算を実行する計算機の研究が進んでいる。
しかし、従来の逐次処理に基づく方法は性能限界に近付
いていると考えられている。そこで多数のプロセッサを
持ち、複数の演算を同時に実行する並列処理アーキテク
チャの研究が進んでいる。またこれと平行して、高速化
のために、プロセッサ間の接続を光で行う試みも進めら
れている。光による接続は、自由空間を伝搬でき、互い
に干渉し合わないという点で、従来の電気配線より有利
である。このような光接続法として、面型の光素子を透
明基板面に実装する光接続法が提案された。この方法の
詳細は、例えば、雑誌「アプライドオプティクス(Appli
ed Optics)」第２８巻第９号の１６０２頁から１６０５
頁に掲載された論文「自由空間光素子の平板集積(Plana
r integration of free-space optical components) 」
に述べられている。しかし、この方法の問題は、透明基
板中において、光が光学素子に対して、必ず斜めに入射
しながら伝搬して行くので、軸外収差が大きくなり光利
用率の低下を招くことにあった。
【０００３】これまでには、この問題を解決するため
に、回折型レンズにより軸外収差を補正するという方法
が考えられてきた。この方法の詳細は、雑誌「オプティ
クスコミュニケーションズ(Optics Communications) 」
第７６巻第５号の３１３頁から３１７頁に掲載された論
文「平板光学系を用いた結像(Imaging with planar opt
ical systems) 」、雑誌「アプライドオプティクス(App
lied Optics)」第３０巻第２５号の３６４３頁から３６
４９頁に掲載された論文「電子ビーム描画により作製さ
れた回折限界斜入射用反射ブレーズ形回折光学マイクロ
レンズ(Diffraction-limited blazed reflection diffr
active microlenses for oblique incidence fabricate
d by electron-beam lithography) 」に述べられてい
る。
に、回折型レンズにより軸外収差を補正するという方法
が考えられてきた。この方法の詳細は、雑誌「オプティ
クスコミュニケーションズ(Optics Communications) 」
第７６巻第５号の３１３頁から３１７頁に掲載された論
文「平板光学系を用いた結像(Imaging with planar opt
ical systems) 」、雑誌「アプライドオプティクス(App
lied Optics)」第３０巻第２５号の３６４３頁から３６
４９頁に掲載された論文「電子ビーム描画により作製さ
れた回折限界斜入射用反射ブレーズ形回折光学マイクロ
レンズ(Diffraction-limited blazed reflection diffr
active microlenses for oblique incidence fabricate
d by electron-beam lithography) 」に述べられてい
る。
【０００４】以上述べた方法においては、軸外収差を補
正し、光利用率は向上しているものの、回折を利用して
いるために、集光特性に波長依存性が大きく、安定な単
色光源が必要であり、また、回折効率を高くすることが
難しいために光利用率が低いという問題があった。
正し、光利用率は向上しているものの、回折を利用して
いるために、集光特性に波長依存性が大きく、安定な単
色光源が必要であり、また、回折効率を高くすることが
難しいために光利用率が低いという問題があった。
【０００５】この発明の目的は、従来の欠点を除去し
て、光利用率が高く、集光特性の波長依存性の小さい、
光学基板及び光接続素子を提供することにある。
て、光利用率が高く、集光特性の波長依存性の小さい、
光学基板及び光接続素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光接続素子は、
発光素子と、一方の表面に前記発光素子が設けられ、他
方の表面にビーム偏向素子が形成された第１の透明基板
と、この第１の透明基板の前記ビーム偏向素子が形成さ
れた表面に隣接して設けられ、他方の表面に屈折型レン
ズが形成された第２の透明基板と、この第２の透明基板
の前記屈折型レンズが形成された表面に隣接して設けら
れた第３の透明基板と、この第３の透明基板の他方の表
面に隣接して設けられ、隣接する側の表面にビーム偏向
素子が形成された第４の透明基板と、この第４の透明基
板の他方の表面に設けられた受光素子とを備え、前記屈
折型レンズは、軸外入射光に対して、子午面における像
点と球欠面における像点を一致せしめるように、子午面
の焦点距離と球欠面の焦点距離を変えたことを特徴とす
る。
発光素子と、一方の表面に前記発光素子が設けられ、他
方の表面にビーム偏向素子が形成された第１の透明基板
と、この第１の透明基板の前記ビーム偏向素子が形成さ
れた表面に隣接して設けられ、他方の表面に屈折型レン
ズが形成された第２の透明基板と、この第２の透明基板
の前記屈折型レンズが形成された表面に隣接して設けら
れた第３の透明基板と、この第３の透明基板の他方の表
面に隣接して設けられ、隣接する側の表面にビーム偏向
素子が形成された第４の透明基板と、この第４の透明基
板の他方の表面に設けられた受光素子とを備え、前記屈
折型レンズは、軸外入射光に対して、子午面における像
点と球欠面における像点を一致せしめるように、子午面
の焦点距離と球欠面の焦点距離を変えたことを特徴とす
る。
【０００７】また本発明の光接続素子は、発光素子と、
一方の表面に前記発光素子が設けられ、他方の表面にビ
ーム偏向素子が形成された第１の透明基板と、この第１
の透明基板の前記ビーム偏向素子が形成された表面に隣
接して設けられ、他方の表面に屈折型レンズおよび反射
膜が形成された第２の透明基板と、前記第１の透明基板
の前記一方の表面に設けられた受光素子とを備え、前記
屈折型レンズは、軸外入射光に対して、子午面における
像点と球欠面における像点を一致せしめるように、子午
面の焦点距離と球欠面の焦点距離を変えたことを特徴と
する。
一方の表面に前記発光素子が設けられ、他方の表面にビ
ーム偏向素子が形成された第１の透明基板と、この第１
の透明基板の前記ビーム偏向素子が形成された表面に隣
接して設けられ、他方の表面に屈折型レンズおよび反射
膜が形成された第２の透明基板と、前記第１の透明基板
の前記一方の表面に設けられた受光素子とを備え、前記
屈折型レンズは、軸外入射光に対して、子午面における
像点と球欠面における像点を一致せしめるように、子午
面の焦点距離と球欠面の焦点距離を変えたことを特徴と
する。
【０００８】
【作用】図４に示す様に、一般的に用いられている球面
レンズ１１０では、軸外入射する光に対して子午面と球
欠面内の屈折に関与する面の曲率半径が異なるため、像
点が一点に集まらず、非点隔差を生じる。そのため、ス
ポット径が拡がり、受光素子径が小さい場合には、光利
用率が低下する可能性がある。一般に、受発光素子とレ
ンズを用いて受発光素子間を接続する場合には、受発光
素子とレンズの相対位置が固定されているため、光はレ
ンズに決まった角度で入射する。この時、発光素子１２
０から出射する光の角度に対し、図５に示す様に屈折型
レンズ１１１を用い、子午面と球欠面内で屈折に関与す
る面の曲率半径を、受光素子面１３０で像点が一致する
様に決めれば、非点隔差が無くなり、スポット拡がりを
小さくできる。また、屈折型レンズは、回折型レンズに
比べて、光利用率を大きく、かつ集光特性の波長依存性
を小さくすることができる。
レンズ１１０では、軸外入射する光に対して子午面と球
欠面内の屈折に関与する面の曲率半径が異なるため、像
点が一点に集まらず、非点隔差を生じる。そのため、ス
ポット径が拡がり、受光素子径が小さい場合には、光利
用率が低下する可能性がある。一般に、受発光素子とレ
ンズを用いて受発光素子間を接続する場合には、受発光
素子とレンズの相対位置が固定されているため、光はレ
ンズに決まった角度で入射する。この時、発光素子１２
０から出射する光の角度に対し、図５に示す様に屈折型
レンズ１１１を用い、子午面と球欠面内で屈折に関与す
る面の曲率半径を、受光素子面１３０で像点が一致する
様に決めれば、非点隔差が無くなり、スポット拡がりを
小さくできる。また、屈折型レンズは、回折型レンズに
比べて、光利用率を大きく、かつ集光特性の波長依存性
を小さくすることができる。
【０００９】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。
【００１０】図１は、この発明の光接続素子の第１の実
施例を示す側面図である。この側面は子午面に相当す
る。この光接続素子は、発光素子２０と、表面に屈折型
レンズ１０が形成されている透明基板５０と、表面に例
えば回折素子の様なビーム偏向素子４０が形成されてい
る透明基板５１と、透明基板５２と、表面にビーム偏向
素子４１が形成されている透明基板５３と、透明基板中
を伝搬した光を受光する受光素子３０から構成される。
屈折型レンズ１０は、例えば図２に示す様に透明基板５
０を削って、ｒ１，ｒ２という２つの主曲率半径を持つ
トロイダル面のくぼみを作製し、そのくぼみに例えばＧ
ａＡｓの様に基板より屈折率の高い物質を埋め込むこと
により、作製することができる。主曲率半径ｒ１，ｒ２
は、入射光に対して、子午面と球欠面における像点が受
光素子面で一致する様に、光線追跡により求めることが
できる。
施例を示す側面図である。この側面は子午面に相当す
る。この光接続素子は、発光素子２０と、表面に屈折型
レンズ１０が形成されている透明基板５０と、表面に例
えば回折素子の様なビーム偏向素子４０が形成されてい
る透明基板５１と、透明基板５２と、表面にビーム偏向
素子４１が形成されている透明基板５３と、透明基板中
を伝搬した光を受光する受光素子３０から構成される。
屈折型レンズ１０は、例えば図２に示す様に透明基板５
０を削って、ｒ１，ｒ２という２つの主曲率半径を持つ
トロイダル面のくぼみを作製し、そのくぼみに例えばＧ
ａＡｓの様に基板より屈折率の高い物質を埋め込むこと
により、作製することができる。主曲率半径ｒ１，ｒ２
は、入射光に対して、子午面と球欠面における像点が受
光素子面で一致する様に、光線追跡により求めることが
できる。
【００１１】発光素子２０から出射した光は、透明基板
５１を伝搬し、ビーム偏向素子４０により偏向され、透
明基板５０を伝搬し、屈折型レンズ１０に入射する。そ
の後光は、透明基板５２を伝搬し、ビーム偏向素子４１
により偏向され、透明基板５３を伝搬し、受光素子３０
に入射する。
５１を伝搬し、ビーム偏向素子４０により偏向され、透
明基板５０を伝搬し、屈折型レンズ１０に入射する。そ
の後光は、透明基板５２を伝搬し、ビーム偏向素子４１
により偏向され、透明基板５３を伝搬し、受光素子３０
に入射する。
【００１２】図３は、この発明の光接続素子の第２の実
施例を示す側面図である。この側面は子午面に相当す
る。この光接続素子は、発光素子２０と、第１の実施例
に記載の屈折型レンズ１０と反射膜６０が表面に形成さ
れている透明基板５０と、表面にビーム偏向素子４０，
４１が形成されている透明基板５１と、透明基板中を伝
搬した光を受光する受光素子３０から構成される。発光
素子２０から出射した光は、透明基板５１を伝搬し、ビ
ーム偏向素子４０により偏向され、透明基板５０を伝搬
し、屈折型レンズ１０に入射する。その後光は、反射膜
６０により反射され、再び屈折型レンズ１０を通り、透
明基板５０を伝搬し、ビーム偏向素子４１により偏向さ
れ、透明基板５１を伝搬し、受光素子３０に入射する。
この場合、受発光素子が同一基板面に配置されているた
めに、電子回路との配線が容易になる。
施例を示す側面図である。この側面は子午面に相当す
る。この光接続素子は、発光素子２０と、第１の実施例
に記載の屈折型レンズ１０と反射膜６０が表面に形成さ
れている透明基板５０と、表面にビーム偏向素子４０，
４１が形成されている透明基板５１と、透明基板中を伝
搬した光を受光する受光素子３０から構成される。発光
素子２０から出射した光は、透明基板５１を伝搬し、ビ
ーム偏向素子４０により偏向され、透明基板５０を伝搬
し、屈折型レンズ１０に入射する。その後光は、反射膜
６０により反射され、再び屈折型レンズ１０を通り、透
明基板５０を伝搬し、ビーム偏向素子４１により偏向さ
れ、透明基板５１を伝搬し、受光素子３０に入射する。
この場合、受発光素子が同一基板面に配置されているた
めに、電子回路との配線が容易になる。
【００１３】本発明の効果を明らかにするために、図６
に示す様に、空気中に光源１２１と屈折率が１．５４で
ある屈折型レンズ１１１と反射鏡６１と受光面１３１を
配置して、屈折型レンズを従来の球面レンズにした場合
と、トロイダルレンズを用いた場合の受光面でのスポッ
ト径を測定した。ここで、球面レンズの曲率半径は、受
光面上で像が最小錯乱円になる様に、８１０μｍとし
た。一方、トロイダルレンズには子午面と球欠面での像
点が受光面上で一致する様に９６８μｍ，７３μｍとい
う二つの曲率半径を持たせた。
に示す様に、空気中に光源１２１と屈折率が１．５４で
ある屈折型レンズ１１１と反射鏡６１と受光面１３１を
配置して、屈折型レンズを従来の球面レンズにした場合
と、トロイダルレンズを用いた場合の受光面でのスポッ
ト径を測定した。ここで、球面レンズの曲率半径は、受
光面上で像が最小錯乱円になる様に、８１０μｍとし
た。一方、トロイダルレンズには子午面と球欠面での像
点が受光面上で一致する様に９６８μｍ，７３μｍとい
う二つの曲率半径を持たせた。
【００１４】その結果、入射角を３０度、ビーム拡がり
角５．７度とした場合に、球面レンズの場合には、スポ
ット径が４０μｍ程度になるのに対し、トロイダルレン
ズでは４μｍ以下であり、スポット径を顕著に小さくで
きることが分かった。入射角が大きくなれば、この効果
はさらに顕著になる。
角５．７度とした場合に、球面レンズの場合には、スポ
ット径が４０μｍ程度になるのに対し、トロイダルレン
ズでは４μｍ以下であり、スポット径を顕著に小さくで
きることが分かった。入射角が大きくなれば、この効果
はさらに顕著になる。
【００１５】以上の様に、一般的な曲率が一つである球
面レンズの場合、斜入射では、子午面と球欠面内の像点
が一点に集まらないことにより、非点隔差が生じ、スポ
ットが拡がってしまう。これに対して、この発明の光接
続素子では、レンズの曲率に自由度を持たせて、前記両
面での像点を一致させて非点隔差を無くしているため
に、径の小さいスポットを得ることができる。また屈折
型レンズを用いているために、回折型レンズに比べて、
光利用率は高く、集光特性の波長依存性も少ない。
面レンズの場合、斜入射では、子午面と球欠面内の像点
が一点に集まらないことにより、非点隔差が生じ、スポ
ットが拡がってしまう。これに対して、この発明の光接
続素子では、レンズの曲率に自由度を持たせて、前記両
面での像点を一致させて非点隔差を無くしているため
に、径の小さいスポットを得ることができる。また屈折
型レンズを用いているために、回折型レンズに比べて、
光利用率は高く、集光特性の波長依存性も少ない。
【００１６】
【発明の効果】この発明の光接続素子を用いることによ
って、コンパクトで光利用率が高く、波長依存性の少な
い、光接続を実現できる。
って、コンパクトで光利用率が高く、波長依存性の少な
い、光接続を実現できる。
【図１】本発明の光接続素子の第１の実施例を示す側面
図である。
図である。
【図２】本発明で用いられる屈折型レンズの例を示す斜
視図である。
視図である。
【図３】本発明の光接続素子の第２の実施例を示す側面
図である。
図である。
【図４】球面レンズを用いた技術を説明する斜視図であ
る。
る。
【図５】本発明の作用を示す斜視図である。
【図６】本発明の効果を示す実験の配置図である。
１０ 屈折型レンズ ２０ 発光素子 ３０ 受光素子 ４０，４１ ビーム偏向素子 ５０，５１，５２，５３ 透明基板 ６０ 反射膜 ６１ 反射鏡 １１０ 球面レンズ １１１ 屈折型レンズ １２０ 発光素子 １２１ 光源 １３０ 受光素子面 １３１ 受光面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−170925（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−301715（ＪＰ，Ａ) 日置隆一編「光用語事典」第１版，昭 和56年11月30日，株式会社オーム社発 行，第212頁 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 5/00 - 5/136 G02B 6/42
Claims (2)
- 【請求項１】 発光素子と、一方の表面に前記発光素子
が設けられ、他方の表面にビーム偏向素子が形成された
第１の透明基板と、この第１の透明基板の前記ビーム偏
向素子が形成された表面に隣接して設けられ、他方の表
面に屈折型レンズが形成された第２の透明基板と、この
第２の透明基板の前記屈折型レンズが形成された表面に
隣接して設けられた第３の透明基板と、この第３の透明
基板の他方の表面に隣接して設けられ、隣接する側の表
面にビーム偏向素子が形成された第４の透明基板と、こ
の第４の透明基板の他方の表面に設けられた受光素子と
を備え、前記屈折型レンズは、軸外入射光に対して、子
午面における像点と球欠面における像点を一致せしめる
ように、子午面の焦点距離と球欠面の焦点距離を変えた
ことを特徴とする光接続素子。 - 【請求項２】 発光素子と、一方の表面に前記発光素子
が設けられ、他方の表面にビーム偏向素子が形成された
第１の透明基板と、この第１の透明基板の前記ビーム偏
向素子が形成された表面に隣接して設けられ、他方の表
面に屈折型レンズおよび反射膜が形成された第２の透明
基板と、前記第１の透明基板の前記一方の表面に設けら
れた受光素子とを備え、前記屈折型レンズは、軸外入射
光に対して、子午面における像点と球欠面における像点
を一致せしめるように、子午面の焦点距離と球欠面の焦
点距離を変えたことを特徴とする光接続素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5001468A JP2797875B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 光学基板及び光接続素子 |
| US08/176,203 US5452384A (en) | 1993-01-08 | 1994-01-03 | Optical integrated lensed connector for focussing oblique incident light |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5001468A JP2797875B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 光学基板及び光接続素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06208012A JPH06208012A (ja) | 1994-07-26 |
| JP2797875B2 true JP2797875B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=11502300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5001468A Expired - Lifetime JP2797875B2 (ja) | 1993-01-08 | 1993-01-08 | 光学基板及び光接続素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5452384A (ja) |
| JP (1) | JP2797875B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4440935A1 (de) * | 1994-11-17 | 1996-05-23 | Ant Nachrichtentech | Optische Sende- und Empfangseinrichtung |
| JPH08201605A (ja) * | 1995-01-30 | 1996-08-09 | Nec Corp | 光接続装置 |
| US5818984A (en) * | 1996-11-18 | 1998-10-06 | International Business Machines Corporation | Optoelectronic interconnection of integrated circuits |
| WO2002063613A2 (en) * | 2001-02-07 | 2002-08-15 | University Of Rochester | A system and method for high resolution optical imaging, data storage, lithography, and inspection |
| JP2003167102A (ja) * | 2001-12-04 | 2003-06-13 | Sony Corp | 光学素子及びその製造方法 |
| JP3833180B2 (ja) * | 2002-02-08 | 2006-10-11 | キヤノン株式会社 | 二次元光導波路の製造方法 |
| GB2463226B (en) * | 2008-07-22 | 2011-01-12 | Conjunct Ltd | Optical sub-assembly |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0642291B2 (ja) * | 1986-08-25 | 1994-06-01 | キヤノン株式会社 | 集積化光ヘツド |
| DE3834335A1 (de) * | 1988-10-08 | 1990-04-12 | Telefunken Systemtechnik | Halbleiterschaltung |
| JPH02150812A (ja) * | 1988-12-01 | 1990-06-11 | Sharp Corp | 光回路結合素子 |
| JPH0315003A (ja) * | 1989-03-16 | 1991-01-23 | Omron Corp | グレーティング・レンズおよび集光グレーティング・カプラ |
| US4970381A (en) * | 1989-04-28 | 1990-11-13 | At&T Bell Laboratories | Integrated optics facsimile apparatus |
| US5059008A (en) * | 1990-03-26 | 1991-10-22 | General Electric Company | Wide angle beam steerer using translation of plural lens arrays |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日置隆一編「光用語事典」第１版，昭和５６年１１月３０日，株式会社オーム社発行，第２１２頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06208012A (ja) | 1994-07-26 |
| US5452384A (en) | 1995-09-19 |
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