JP3480841B2 - 光学レンズ素子組立体 - Google Patents
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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
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
-
- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
-
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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- G02B27/0037—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration with diffracting elements
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２つの光学レンズ
素子を含む光学レンズ素子組立体に関し、特に、光学レ
ンズ素子がマイクロレンズからなる光学レンズ素子組立
体に好適な光学レンズ素子組立体に関する。
素子を含む光学レンズ素子組立体に関し、特に、光学レ
ンズ素子がマイクロレンズからなる光学レンズ素子組立
体に好適な光学レンズ素子組立体に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信では、例えば光源として用いられ
る半導体レーザからの信号光を光ファイバに案内するた
めに、百数十μｍの直径を有するマイクロレンズの組み
合わせが用いられている。
る半導体レーザからの信号光を光ファイバに案内するた
めに、百数十μｍの直径を有するマイクロレンズの組み
合わせが用いられている。
【０００３】前記したようなマイクロレンズは、例え
ば、１９９９年４月に発行されたプロシーディング エ
スピーアイイー（Proc.SPIE）第３６３１巻、第２３４
−２４３頁に示されているように、このレンズに光学的
に結合される光ファイバの外径に等しい外径を有する多
数の円柱状の光学部材を束ねて、それらの端面に所定の
エッチングマスクを用いるエッチング処理を一括的に施
すことにより、多数の光学部材の各端面に一括的に所定
のレンズ面を形成することができ、これにより多数の柱
状のマイクロレンズを一括的に形成することができる。
ば、１９９９年４月に発行されたプロシーディング エ
スピーアイイー（Proc.SPIE）第３６３１巻、第２３４
−２４３頁に示されているように、このレンズに光学的
に結合される光ファイバの外径に等しい外径を有する多
数の円柱状の光学部材を束ねて、それらの端面に所定の
エッチングマスクを用いるエッチング処理を一括的に施
すことにより、多数の光学部材の各端面に一括的に所定
のレンズ面を形成することができ、これにより多数の柱
状のマイクロレンズを一括的に形成することができる。
【０００４】また、例えば、シリコン結晶のような光学
基板に多数のレンズ面を相互に間隔をおいて形成した
後、各レンズ面を含むレンズ部分をエッチングマスクで
覆い、該マスクから露出する基板領域にエッチング処理
を施すことにより、一端にレンズ面を有する多数のレン
ズ部分を光学基板上に形成し、その後、各レンズ部分を
前記光学基板から分離することにより、多数の柱状のマ
イクロレンズを一括的に形成することができる。
基板に多数のレンズ面を相互に間隔をおいて形成した
後、各レンズ面を含むレンズ部分をエッチングマスクで
覆い、該マスクから露出する基板領域にエッチング処理
を施すことにより、一端にレンズ面を有する多数のレン
ズ部分を光学基板上に形成し、その後、各レンズ部分を
前記光学基板から分離することにより、多数の柱状のマ
イクロレンズを一括的に形成することができる。
【０００５】このようなマイクロレンズは、例えば光源
からの発散光を光ファイバに案内すべく、光源からの発
散光を平行光束に変換する第１のマイクロレンズと、該
マイクロレンズからの平行光束を光ファイバの端面に集
光する第２のマイクロレンズとの組み合わせで用いら
れ、これらは、レンズ素子組立体として前記光源と前記
光ファイバとの間に挿入される。
からの発散光を光ファイバに案内すべく、光源からの発
散光を平行光束に変換する第１のマイクロレンズと、該
マイクロレンズからの平行光束を光ファイバの端面に集
光する第２のマイクロレンズとの組み合わせで用いら
れ、これらは、レンズ素子組立体として前記光源と前記
光ファイバとの間に挿入される。
【０００６】ところで、光源からの光を受ける光ファイ
バは、半導体製造技術であるフォトリソエッチング技術
を利用して基板上に該基板上の前記光源に関して高精度
で形成されるＶ字溝上に配置され、これにより、高精度
での前記光源と光ファイバとの光軸合わせが可能とな
る。また、前記したように、相互に直列的に配置される
柱状のマイクロレンズの外径を前記光ファイバの外径に
等しく設定し、これら各柱状のマイクロレンズを前記Ｖ
字溝上で該溝に沿って配置することにより、パイロット
光を用いないパッシブアライメントでもって、両マイク
ロレンズの相互の光軸にずれを生じさせることなく適正
に両マイクロレンズを前記基板上に配置することができ
る。
バは、半導体製造技術であるフォトリソエッチング技術
を利用して基板上に該基板上の前記光源に関して高精度
で形成されるＶ字溝上に配置され、これにより、高精度
での前記光源と光ファイバとの光軸合わせが可能とな
る。また、前記したように、相互に直列的に配置される
柱状のマイクロレンズの外径を前記光ファイバの外径に
等しく設定し、これら各柱状のマイクロレンズを前記Ｖ
字溝上で該溝に沿って配置することにより、パイロット
光を用いないパッシブアライメントでもって、両マイク
ロレンズの相互の光軸にずれを生じさせることなく適正
に両マイクロレンズを前記基板上に配置することができ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一方の
端面にレンズ面が形成された全体に柱状の光学部材から
なる従来の前記したマイクロレンズでは、その製造誤差
により光学部材の直径がその軸線方向に沿って変化し易
いことから、一般的には、前記したマイクロレンズは、
截頭錐形状を呈する。このような截頭錐形状の２つのマ
イクロレンズを前記溝上に直列的に配置したとき、両レ
ンズの配置形態に応じて、それらの光軸に実用上無視で
きない大きなずれを生じることがある。
端面にレンズ面が形成された全体に柱状の光学部材から
なる従来の前記したマイクロレンズでは、その製造誤差
により光学部材の直径がその軸線方向に沿って変化し易
いことから、一般的には、前記したマイクロレンズは、
截頭錐形状を呈する。このような截頭錐形状の２つのマ
イクロレンズを前記溝上に直列的に配置したとき、両レ
ンズの配置形態に応じて、それらの光軸に実用上無視で
きない大きなずれを生じることがある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、それぞれ
が全体に截頭錐形を呈し、その一方の端面がレンズ面で
ありかつ他方の端面が非レンズ面である光学部材からな
る２つの光学レンズ素子であって、相互に光学的に直列
に結合されて基準面上に配置される２つの光学レンズ素
子を含む光学レンズ素子組立体の配置形態について、軸
ずれによる実質的な結合効率の低下を生じにくい特定の
配置形態を見出した。
が全体に截頭錐形を呈し、その一方の端面がレンズ面で
ありかつ他方の端面が非レンズ面である光学部材からな
る２つの光学レンズ素子であって、相互に光学的に直列
に結合されて基準面上に配置される２つの光学レンズ素
子を含む光学レンズ素子組立体の配置形態について、軸
ずれによる実質的な結合効率の低下を生じにくい特定の
配置形態を見出した。
【０００９】従って、本発明によって特定される配置形
態を採用することにより、両端面における直径に所定の
範囲内での差がある截頭錐形状のマイクロレンズであっ
ても、光結合効率の点でそれらの実用上の損失を無視し
得ることができ、従って、製造上の誤差に拘わらず、前
記光学レンズ素子組立体における各レンズ素子の光軸合
わせが比較的容易となる。
態を採用することにより、両端面における直径に所定の
範囲内での差がある截頭錐形状のマイクロレンズであっ
ても、光結合効率の点でそれらの実用上の損失を無視し
得ることができ、従って、製造上の誤差に拘わらず、前
記光学レンズ素子組立体における各レンズ素子の光軸合
わせが比較的容易となる。
【００１０】本発明により特定される第１および第２の
配置形態では、前記両光学レンズ素子は、該両光学レン
ズ素子間の仮想中間面に関して相互に面対称の姿勢で配
置されている。前記両光学レンズ素子が、同一寸法およ
び同一截頭錐形状である場合、両レンズは面対称に配置
される。しかしながら、両光学レンズ素子は同一寸法お
よび同一截頭円錐形状を有する必要はなく、相互に異な
る寸法および異なる截頭円錐形状であっても、両者が面
対称の配置関係にあればよい。
配置形態では、前記両光学レンズ素子は、該両光学レン
ズ素子間の仮想中間面に関して相互に面対称の姿勢で配
置されている。前記両光学レンズ素子が、同一寸法およ
び同一截頭錐形状である場合、両レンズは面対称に配置
される。しかしながら、両光学レンズ素子は同一寸法お
よび同一截頭円錐形状を有する必要はなく、相互に異な
る寸法および異なる截頭円錐形状であっても、両者が面
対称の配置関係にあればよい。
【００１１】この両配置形態のうち、第１の配置形態で
は、前記両光学レンズ素子は、前記非レンズ面を互いに
対向させて配置される。また、第２の配置形態では、前
記両光学レンズ素子の出射光面が前記レンズ面である。
前記第１の配置形態は、第２の配置形態に比較して、正
確なパッシブアライメントをより容易とする上で、望ま
しい。
は、前記両光学レンズ素子は、前記非レンズ面を互いに
対向させて配置される。また、第２の配置形態では、前
記両光学レンズ素子の出射光面が前記レンズ面である。
前記第１の配置形態は、第２の配置形態に比較して、正
確なパッシブアライメントをより容易とする上で、望ま
しい。
【００１２】また、本発明により特定される第３および
第４の配置形態では、前記両光学レンズ素子は、それぞ
れの小端面および大端面を同一方向にそれぞれ整列させ
て配置されている。このうち、第３の配置形態では、前
記両光学レンズ素子は、前記非レンズ面を互いに対向さ
せて配置される。また、第４の配置形態では、前記両光
学レンズ素子の出射光面が前記レンズ面である。
第４の配置形態では、前記両光学レンズ素子は、それぞ
れの小端面および大端面を同一方向にそれぞれ整列させ
て配置されている。このうち、第３の配置形態では、前
記両光学レンズ素子は、前記非レンズ面を互いに対向さ
せて配置される。また、第４の配置形態では、前記両光
学レンズ素子の出射光面が前記レンズ面である。
【００１３】この第３および第４の配置形態では、第３
の配置形態が、第４の配置形態に比較して、正確なパッ
シブアライメントをより容易とする上で、望ましい。
の配置形態が、第４の配置形態に比較して、正確なパッ
シブアライメントをより容易とする上で、望ましい。
【００１４】また、前記した第１〜第４の配置形態のう
ちの前記したそれぞれのより望ましい第１および第３の
配置形態を包括的に表現すると、前記両光学レンズ素子
は、その非レンズ面を相互に対向させて配置されてい
る、と表現できる。従って、この場合、前記両光学レン
ズ素子が相互に面対称の姿勢で配置される形態と、両光
学レンズ素子のそれぞれの小端面および大端面が同一方
向にそれぞれ整列させて配置される形態とが存在する。
ちの前記したそれぞれのより望ましい第１および第３の
配置形態を包括的に表現すると、前記両光学レンズ素子
は、その非レンズ面を相互に対向させて配置されてい
る、と表現できる。従って、この場合、前記両光学レン
ズ素子が相互に面対称の姿勢で配置される形態と、両光
学レンズ素子のそれぞれの小端面および大端面が同一方
向にそれぞれ整列させて配置される形態とが存在する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例〉図１は、本発明に係るマイクロレンズの第１
および第２の配置形態を示すが、図１に沿って本発明の
第１および第２の配置形態を説明するに先立ち、図９お
よび図１０に沿って、本発明に係るマイクロレンズおよ
びその組立体の適用例を説明する。
について詳細に説明する。 〈具体例〉図１は、本発明に係るマイクロレンズの第１
および第２の配置形態を示すが、図１に沿って本発明の
第１および第２の配置形態を説明するに先立ち、図９お
よび図１０に沿って、本発明に係るマイクロレンズおよ
びその組立体の適用例を説明する。
【００１６】本発明が対象とするマイクロレンズ１０
（１０ａおよび１０ｂ）は、例えば光通信のための光学
素子として用いられ、図９に示されている例では、例え
ば支持基板として用いられる結晶基板１１上で、光源た
る半導体光レーザ１２から放射される光信号を光ファイ
バ１３の端面に案内するためのレンズ組立体として、用
いられる。
（１０ａおよび１０ｂ）は、例えば光通信のための光学
素子として用いられ、図９に示されている例では、例え
ば支持基板として用いられる結晶基板１１上で、光源た
る半導体光レーザ１２から放射される光信号を光ファイ
バ１３の端面に案内するためのレンズ組立体として、用
いられる。
【００１７】結晶基板１１には、例えばシリコン半導体
基板が用いられ、該基板には、光ファイバ１３を位置決
めるためのＶ字形状の凹溝１４がエッチングにより形成
されている。光ファイバ１３は、その周壁部を凹溝１４
に部分的に受け入れられることにより、結晶基板１１上
に適正に支持される。また、前記レーザすなわち光源１
２は、その発光面１２ａの光軸が、前記凹溝１４により
位置決められた光ファイバ１３の光軸に一致するよう
に、半導体製造技術で用いられるフォトリソグラフィ技
術を利用して形成される従来よく知られた電極１２′を
介して、凹溝１４の終端部の近傍で結晶基板１１の表面
１１ａ上に固定されている。
基板が用いられ、該基板には、光ファイバ１３を位置決
めるためのＶ字形状の凹溝１４がエッチングにより形成
されている。光ファイバ１３は、その周壁部を凹溝１４
に部分的に受け入れられることにより、結晶基板１１上
に適正に支持される。また、前記レーザすなわち光源１
２は、その発光面１２ａの光軸が、前記凹溝１４により
位置決められた光ファイバ１３の光軸に一致するよう
に、半導体製造技術で用いられるフォトリソグラフィ技
術を利用して形成される従来よく知られた電極１２′を
介して、凹溝１４の終端部の近傍で結晶基板１１の表面
１１ａ上に固定されている。
【００１８】光ファイバ１３は、半導体光レーザ１２か
ら放出される例えば１．３μｍあるいは１．５μｍの波
長を有する光信号をその端面に受けると、この信号光を
所望部位に案内する。この光ファイバ１３は、例えば１
２５μｍの外径を有するシングルモード光ファイバで構
成することができる。
ら放出される例えば１．３μｍあるいは１．５μｍの波
長を有する光信号をその端面に受けると、この信号光を
所望部位に案内する。この光ファイバ１３は、例えば１
２５μｍの外径を有するシングルモード光ファイバで構
成することができる。
【００１９】前記マイクロレンズ組立体１０（１０ａお
よび１０ｂ）は、光源１２の前記発光面１２ａから発散
される前記信号光を光ファイバ１３の前記端面に案内す
べく両者間に配置されている。
よび１０ｂ）は、光源１２の前記発光面１２ａから発散
される前記信号光を光ファイバ１３の前記端面に案内す
べく両者間に配置されている。
【００２０】前記マイクロレンズ組立体１０は、２つの
マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂを備える。両マイク
ロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）は、前記光ファイ
バ１３の外径にほぼ等しい外径を有する２つの全体に略
円柱状の光学部材から成り、半導体光レーザ１２および
光ファイバ１３間に位置するように、前記凹溝１４上に
配列されている。各マイクロレンズ１０（１０ａおよび
１０ｂ）は、前記したような１．３μｍあるいは１．５
μｍの波長の光を取り扱う場合、石英板あるいはシリコ
ン結晶板のような取り扱われる光の波長帯域で損失の少
ない光学部材で構成することができる。
マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂを備える。両マイク
ロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）は、前記光ファイ
バ１３の外径にほぼ等しい外径を有する２つの全体に略
円柱状の光学部材から成り、半導体光レーザ１２および
光ファイバ１３間に位置するように、前記凹溝１４上に
配列されている。各マイクロレンズ１０（１０ａおよび
１０ｂ）は、前記したような１．３μｍあるいは１．５
μｍの波長の光を取り扱う場合、石英板あるいはシリコ
ン結晶板のような取り扱われる光の波長帯域で損失の少
ない光学部材で構成することができる。
【００２１】図９に示す例では、半導体光レーザ１２に
近接して配置された一方のマイクロレンズ１０ａは、半
導体光レーザ１２に対向する一方の端面１５ａにレンズ
面を有し、該レンズ面は、半導体光レーザ１２の発光面
１２ａからの発散光を平行光束に変換するコリメート機
能を有する。前記マイクロレンズ１０ａの他方の端面１
５ｂは、前記光に関してレンズ機能を発揮しない平坦面
である。
近接して配置された一方のマイクロレンズ１０ａは、半
導体光レーザ１２に対向する一方の端面１５ａにレンズ
面を有し、該レンズ面は、半導体光レーザ１２の発光面
１２ａからの発散光を平行光束に変換するコリメート機
能を有する。前記マイクロレンズ１０ａの他方の端面１
５ｂは、前記光に関してレンズ機能を発揮しない平坦面
である。
【００２２】光ファイバ１３に近接して配置された他方
のマイクロレンズ１０ｂは、光ファイバ１３に対向する
一方の端面１６ａにレンズ面を有し、該レンズ面は、前
記一方のマイクロレンズ１０ａからの平行光束を光ファ
イバ１３の端面に集光させる集光機能を有する。前記マ
イクロレンズ１０ｂの他方の端面１６ｂは、前記光に関
してレンズ機能を発揮しない平坦面である。各マイクロ
レンズ１０ａ、１０ｂにはコリメート機能に限らず所望
の光学特性を付与することができる。
のマイクロレンズ１０ｂは、光ファイバ１３に対向する
一方の端面１６ａにレンズ面を有し、該レンズ面は、前
記一方のマイクロレンズ１０ａからの平行光束を光ファ
イバ１３の端面に集光させる集光機能を有する。前記マ
イクロレンズ１０ｂの他方の端面１６ｂは、前記光に関
してレンズ機能を発揮しない平坦面である。各マイクロ
レンズ１０ａ、１０ｂにはコリメート機能に限らず所望
の光学特性を付与することができる。
【００２３】前記した各マイクロレンズ１０（１０ａお
よび１０ｂ）の各レンズ面は、必要に応じて、従来よく
知られた回折現象を利用した回折型光学レンズ面あるい
は屈折現象を利用した屈折型光学レンズ面を適宜採用す
ることができる。例えば、回折型光学レンズ面としてコ
ンピュータ・ジェネレーティッド・ホログラム（ＣＧＨ
素子）を用いることができる。
よび１０ｂ）の各レンズ面は、必要に応じて、従来よく
知られた回折現象を利用した回折型光学レンズ面あるい
は屈折現象を利用した屈折型光学レンズ面を適宜採用す
ることができる。例えば、回折型光学レンズ面としてコ
ンピュータ・ジェネレーティッド・ホログラム（ＣＧＨ
素子）を用いることができる。
【００２４】両マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０
ｂ）は、互いに共同して半導体光レーザ１２からの発散
光を光ファイバ１３に案内すべく、非レンズ面である前
記平坦面１５ｂおよび１６ｂを相互に対向させて、前記
凹溝１４上に直列的に配列されている。
ｂ）は、互いに共同して半導体光レーザ１２からの発散
光を光ファイバ１３に案内すべく、非レンズ面である前
記平坦面１５ｂおよび１６ｂを相互に対向させて、前記
凹溝１４上に直列的に配列されている。
【００２５】両マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０
ｂ）を構成する前記略円柱状光学部材の外径が、前記し
た光ファイバ１３の外径に等しい一定の外径を有してい
る限り、両マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）
の両端間の周側面を図９に示されているように、基準面
を規定する結晶基板１１の前記凹溝１４上に位置させる
ように、各マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）
を配置することにより、両マイクロレンズ１０（１０ａ
および１０ｂ）の光軸が、半導体光レーザ１２と光ファ
イバ１３とで規定される基準光軸に一致するように、配
置することができる。
ｂ）を構成する前記略円柱状光学部材の外径が、前記し
た光ファイバ１３の外径に等しい一定の外径を有してい
る限り、両マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）
の両端間の周側面を図９に示されているように、基準面
を規定する結晶基板１１の前記凹溝１４上に位置させる
ように、各マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）
を配置することにより、両マイクロレンズ１０（１０ａ
および１０ｂ）の光軸が、半導体光レーザ１２と光ファ
イバ１３とで規定される基準光軸に一致するように、配
置することができる。
【００２６】しかしながら、各マイクロレンズ１０（１
０ａおよび１０ｂ）を拡大して示す図１０に示されてい
るように、これらのマイクロレンズ１０（１０ａおよび
１０ｂ）は、その製造誤差のために、一般的には、レン
ズ面が形成される一端１５ａまたは１６ａにおける直径
と非レンズ面である他端１５ｂまたは１６ｂにおける直
径とはわずかに相違して一致せず、厳密には截頭円錐形
を示す。
０ａおよび１０ｂ）を拡大して示す図１０に示されてい
るように、これらのマイクロレンズ１０（１０ａおよび
１０ｂ）は、その製造誤差のために、一般的には、レン
ズ面が形成される一端１５ａまたは１６ａにおける直径
と非レンズ面である他端１５ｂまたは１６ｂにおける直
径とはわずかに相違して一致せず、厳密には截頭円錐形
を示す。
【００２７】図１０に示す例では、各マイクロレンズ１
０ａおよび１０ｂの形状は、例えば、１００μｍの厚さ
寸法Ｈを有し、非レンズ面である大径端１５ｂまたは１
６ｂには光ファイバ１３の外径に等しい１２５μｍの直
径Ｄ１が与えられ、レンズ面である小径端１５ａまたは
１６ａには、前記直径Ｄ１よりも例えば０．２μｍ〜
０．７μｍ小さい値の直径Ｄ２が与えられている。この
例に代えて、後述するように、小径端１５ａまたは１６
ａを非レンズ面とし、大径端１５ｂまたは１６ｂをレン
ズ面とすることができる。また各マイクロレンズ１０ａ
および１０ｂの厚さ寸法Ｈおよび各端面１５ａ、１６ａ
および１５ｂ、１６ｂの直径Ｄ１およびＤ２は、前記し
た値に限らず、種々の値を採用することができる。
０ａおよび１０ｂの形状は、例えば、１００μｍの厚さ
寸法Ｈを有し、非レンズ面である大径端１５ｂまたは１
６ｂには光ファイバ１３の外径に等しい１２５μｍの直
径Ｄ１が与えられ、レンズ面である小径端１５ａまたは
１６ａには、前記直径Ｄ１よりも例えば０．２μｍ〜
０．７μｍ小さい値の直径Ｄ２が与えられている。この
例に代えて、後述するように、小径端１５ａまたは１６
ａを非レンズ面とし、大径端１５ｂまたは１６ｂをレン
ズ面とすることができる。また各マイクロレンズ１０ａ
および１０ｂの厚さ寸法Ｈおよび各端面１５ａ、１６ａ
および１５ｂ、１６ｂの直径Ｄ１およびＤ２は、前記し
た値に限らず、種々の値を採用することができる。
【００２８】さらに、両光学レンズ素子１０（１０ａお
よび１０ｂ）は、同一寸法および同一截頭円錐形状を有
する必要はなく、相互に異なる寸法および異なる截頭円
錐形状で構成することができるが、以下で説明する解析
の簡素化を図るために、以下の例では、両マイクロレン
ズ１０ａおよび１０ｂが同一寸法を有する同一の截頭円
錐形を示すモデルについて説明する。
よび１０ｂ）は、同一寸法および同一截頭円錐形状を有
する必要はなく、相互に異なる寸法および異なる截頭円
錐形状で構成することができるが、以下で説明する解析
の簡素化を図るために、以下の例では、両マイクロレン
ズ１０ａおよび１０ｂが同一寸法を有する同一の截頭円
錐形を示すモデルについて説明する。
【００２９】図１０に示した截頭円錐形の各マイクロレ
ンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）の光軸Ｌと、該マイク
ロレンズの周側面１５ｃを規定する截頭円錐体の母線Ｇ
との角度θは、各マイクロレンズ１０を前記した基準面
を規定する前記凹溝１４上に配置したときのマイクロレ
ンズ１０の光軸と、半導体光レーザ１２および光ファイ
バ１３により規定される前記基準光軸との角度的なずれ
を表す。
ンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）の光軸Ｌと、該マイク
ロレンズの周側面１５ｃを規定する截頭円錐体の母線Ｇ
との角度θは、各マイクロレンズ１０を前記した基準面
を規定する前記凹溝１４上に配置したときのマイクロレ
ンズ１０の光軸と、半導体光レーザ１２および光ファイ
バ１３により規定される前記基準光軸との角度的なずれ
を表す。
【００３０】前記した角度のずれ（θ）は、半導体光レ
ーザ１２からの信号光が光ファイバ１３の端面に達した
ときのレンズ組立体１０（１０ａおよび１０ｂ）の結合
効率を変化させる。この角度（θ）のずれと前記結合効
率との関係を求めるについて、図１および図２に示され
ているように、両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂが
該両光学レンズ素子間の仮想中間面Ｐ１に関して相互に
面対称の関係で配置される形態についてのモデルを考察
する。
ーザ１２からの信号光が光ファイバ１３の端面に達した
ときのレンズ組立体１０（１０ａおよび１０ｂ）の結合
効率を変化させる。この角度（θ）のずれと前記結合効
率との関係を求めるについて、図１および図２に示され
ているように、両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂが
該両光学レンズ素子間の仮想中間面Ｐ１に関して相互に
面対称の関係で配置される形態についてのモデルを考察
する。
【００３１】この面対称の配置形態では、両マイクロレ
ンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）は、それぞれの小端面
同士を相互に対向させて配置される形態および大端面同
士を相互に対向させて配置される形態があり、それぞれ
について、前記角度（θ）と前記結合効率との関係を、
図３に示されるモデルで求めた。
ンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）は、それぞれの小端面
同士を相互に対向させて配置される形態および大端面同
士を相互に対向させて配置される形態があり、それぞれ
について、前記角度（θ）と前記結合効率との関係を、
図３に示されるモデルで求めた。
【００３２】図３に示すモデルでは、第１のマイクロレ
ンズ１０ａの焦点距離ｆ１は８０μｍ、第２のマイクロ
レンズ１０ｂの焦点距離ｆ２は３６０μｍであり、半導
体光レーザ１２のビームウエスト半径ωは１．０μｍで
あり、光ファイバ１３の端面におけるビームウエスト半
径ωは４．６μｍである。このモデルでは、両マイクロ
レンズ１０ａおよび１０ｂの角度のずれθは、その絶対
値が互いに等しく、向きが相互に異なる。
ンズ１０ａの焦点距離ｆ１は８０μｍ、第２のマイクロ
レンズ１０ｂの焦点距離ｆ２は３６０μｍであり、半導
体光レーザ１２のビームウエスト半径ωは１．０μｍで
あり、光ファイバ１３の端面におけるビームウエスト半
径ωは４．６μｍである。このモデルでは、両マイクロ
レンズ１０ａおよび１０ｂの角度のずれθは、その絶対
値が互いに等しく、向きが相互に異なる。
【００３３】図１（ａ）〜図１（ｄ）と、図２（ａ）〜
図２（ｄ）に示される各配置形態についてのシミュレー
ション結果を示すグラフが図４に示されている。図４の
グラフの横軸は、角度θ（degree）の値を示し、その縦
軸はそれぞれの角度θでのマイクロレンズ組立体１０
（１０ａおよび１０ｂ）の結合効率（ｄＢ）を示す。
図２（ｄ）に示される各配置形態についてのシミュレー
ション結果を示すグラフが図４に示されている。図４の
グラフの横軸は、角度θ（degree）の値を示し、その縦
軸はそれぞれの角度θでのマイクロレンズ組立体１０
（１０ａおよび１０ｂ）の結合効率（ｄＢ）を示す。
【００３４】図４に示された特性線１６は、第１の配置
形態を示す図１（ａ）および図１（ｂ）に示されている
ように、両マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）
の小端面１５ａおよび１６ａ同士または大端面１５ｂお
よび１６ｂ同士が相互に対向して配置され、しかも、両
マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂのレンズ面が、相互
に対向する端面（非レンズ面）と反対側の端面に形成さ
れた配置形態でのシミュレーション結果を示す。
形態を示す図１（ａ）および図１（ｂ）に示されている
ように、両マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）
の小端面１５ａおよび１６ａ同士または大端面１５ｂお
よび１６ｂ同士が相互に対向して配置され、しかも、両
マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂのレンズ面が、相互
に対向する端面（非レンズ面）と反対側の端面に形成さ
れた配置形態でのシミュレーション結果を示す。
【００３５】図１（ａ）の配置形態では、半導体光レー
ザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０ａは、
その大端面１５ｂが入射光面であり、この入射光面にレ
ンズ面が形成されている。また、マイクロレンズ１０ａ
の小端面１５ａは、非レンズ面となり、出射光面として
作用する。他方、光ファイバ１３側に配置されるマイク
ロレンズ１０ｂは、その小端面１６ａが非レンズ面であ
り、入射光面として作用する。また、この他方のマイク
ロレンズ１０ｂの大端面１６ｂは出射光面として作用
し、この出射光面にレンズ面が形成されている。
ザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０ａは、
その大端面１５ｂが入射光面であり、この入射光面にレ
ンズ面が形成されている。また、マイクロレンズ１０ａ
の小端面１５ａは、非レンズ面となり、出射光面として
作用する。他方、光ファイバ１３側に配置されるマイク
ロレンズ１０ｂは、その小端面１６ａが非レンズ面であ
り、入射光面として作用する。また、この他方のマイク
ロレンズ１０ｂの大端面１６ｂは出射光面として作用
し、この出射光面にレンズ面が形成されている。
【００３６】また、図１（ｂ）の配置形態では、半導体
光レーザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０
ａは、その小端面１５ａが入射光面であり、この入射光
面にレンズ面が形成されている。また、マイクロレンズ
１０ａの大端面１５ｂは、非レンズ面となり、出射光面
として作用する。他方、光ファイバ１３側に配置される
マイクロレンズ１０ｂは、その大端面１６ｂが非レンズ
面であり、入射光面として作用する。また、この他方の
マイクロレンズ１０ｂの小端面１６ａは、出射光面とし
て作用し、この出射光面にレンズ面が形成されている。
光レーザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０
ａは、その小端面１５ａが入射光面であり、この入射光
面にレンズ面が形成されている。また、マイクロレンズ
１０ａの大端面１５ｂは、非レンズ面となり、出射光面
として作用する。他方、光ファイバ１３側に配置される
マイクロレンズ１０ｂは、その大端面１６ｂが非レンズ
面であり、入射光面として作用する。また、この他方の
マイクロレンズ１０ｂの小端面１６ａは、出射光面とし
て作用し、この出射光面にレンズ面が形成されている。
【００３７】この特性線１６から明らかなように、図１
（ａ）および図１（ｂ）に示された各第１の配置形態に
よれば、前記した角度θが±５°の範囲内では、そのず
れ角度θの如何に拘わらず、ほぼ−２ｄＢの高い結合効
率が得られている。
（ａ）および図１（ｂ）に示された各第１の配置形態に
よれば、前記した角度θが±５°の範囲内では、そのず
れ角度θの如何に拘わらず、ほぼ−２ｄＢの高い結合効
率が得られている。
【００３８】前記特性線１７は、第２の配置形態を示す
図１（ｃ）および図１（ｄ）に示されているように、面
対称の配置形態のうち、両マイクロレンズ１０ａおよび
１０ｂのそれぞれの出射光面がレンズ面である配置形態
でのシミュレーション結果を示す。
図１（ｃ）および図１（ｄ）に示されているように、面
対称の配置形態のうち、両マイクロレンズ１０ａおよび
１０ｂのそれぞれの出射光面がレンズ面である配置形態
でのシミュレーション結果を示す。
【００３９】図１（ｃ）の配置形態では、半導体光レー
ザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０ａは、
その大端面１５ｂが入射光面として作用する非レンズ面
である。また、マイクロレンズ１０ａの小端面１５ａ
は、レンズ面であり、出射光面として作用する。他方、
光ファイバ１３側に配置されるマイクロレンズ１０ｂ
は、その小端面１６ａが非レンズ面であり、入射光面と
して作用する。また、この他方のマイクロレンズ１０ｂ
の大端面１６ｂは出射光面として作用し、この出射光面
にレンズ面が形成されている。
ザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０ａは、
その大端面１５ｂが入射光面として作用する非レンズ面
である。また、マイクロレンズ１０ａの小端面１５ａ
は、レンズ面であり、出射光面として作用する。他方、
光ファイバ１３側に配置されるマイクロレンズ１０ｂ
は、その小端面１６ａが非レンズ面であり、入射光面と
して作用する。また、この他方のマイクロレンズ１０ｂ
の大端面１６ｂは出射光面として作用し、この出射光面
にレンズ面が形成されている。
【００４０】図１（ｄ）の配置形態では、半導体光レー
ザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０ａは、
その小端面１５ａが非レンズ面であり、入射光面として
作用する。また、このマイクロレンズ１０ａの大端面１
５ｂは出射光面として作用し、この出射光面にレンズ面
が形成されている。他方、光ファイバ１３側に配置され
るマイクロレンズ１０ｂは、その大端面１６ｂが非レン
ズ面であり、入射光面として作用する。また、この他方
のマイクロレンズ１０ｂの小端面１６ａは、出射光面と
して作用し、この出射光面にレンズ面が形成されてい
る。
ザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０ａは、
その小端面１５ａが非レンズ面であり、入射光面として
作用する。また、このマイクロレンズ１０ａの大端面１
５ｂは出射光面として作用し、この出射光面にレンズ面
が形成されている。他方、光ファイバ１３側に配置され
るマイクロレンズ１０ｂは、その大端面１６ｂが非レン
ズ面であり、入射光面として作用する。また、この他方
のマイクロレンズ１０ｂの小端面１６ａは、出射光面と
して作用し、この出射光面にレンズ面が形成されてい
る。
【００４１】図１（ｃ）および図１（ｄ）の配置形態に
ついての特性線１７から明らかなように、図１（ｃ）お
よび図１（ｄ）に示された各第２の配置形態によれば、
前記した角度θが±２°の範囲内では、実用上、問題と
ならない−３ｄＢの結合効率を得ることができる。
ついての特性線１７から明らかなように、図１（ｃ）お
よび図１（ｄ）に示された各第２の配置形態によれば、
前記した角度θが±２°の範囲内では、実用上、問題と
ならない−３ｄＢの結合効率を得ることができる。
【００４２】他方、前記したように各マイクロレンズ１
０（１０ａおよび１０ｂ）がそれぞれの小端面１５ａお
よび１６ａ同士または大端面１５ｂおよび１６ｂ同士が
相互に対向して配置される面対称の配置関係にあるが、
レンズ面を相互に対向させ、あるいは入射光面がレンズ
面である配置形態が、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示され
ている。
０（１０ａおよび１０ｂ）がそれぞれの小端面１５ａお
よび１６ａ同士または大端面１５ｂおよび１６ｂ同士が
相互に対向して配置される面対称の配置関係にあるが、
レンズ面を相互に対向させ、あるいは入射光面がレンズ
面である配置形態が、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示され
ている。
【００４３】すなわち、図２（ａ）および図２（ｂ）の
配置形態では、両マイクロレンズ１０は、それぞれのレ
ンズ面を相互に対向させて配置されており、図２（ｃ）
および図２（ｄ）の配置形態では、両マイクロレンズ１
０ａおよび１０ｂのそれぞれの入射光面がレンズ面とな
るように、いずれか一方のマイクロレンズ１０ａまたは
１０ｂの小端面１５ａ、１６ａがレンズ面であるとき、
他方のマイクロレンズ１０ｂまたは１０ａの大端面１６
ｂ、１５ｂがレンズ面である場合の配置形態が示されて
いる。
配置形態では、両マイクロレンズ１０は、それぞれのレ
ンズ面を相互に対向させて配置されており、図２（ｃ）
および図２（ｄ）の配置形態では、両マイクロレンズ１
０ａおよび１０ｂのそれぞれの入射光面がレンズ面とな
るように、いずれか一方のマイクロレンズ１０ａまたは
１０ｂの小端面１５ａ、１６ａがレンズ面であるとき、
他方のマイクロレンズ１０ｂまたは１０ａの大端面１６
ｂ、１５ｂがレンズ面である場合の配置形態が示されて
いる。
【００４４】図４の特性線１８は、図２（ａ）および図
２（ｂ）の配置形態についての前記したと同様な特性を
示し、特性線１９は、図２（ｃ）および図２（ｄ）の配
置形態についての前記したと同様な特性を示す。
２（ｂ）の配置形態についての前記したと同様な特性を
示し、特性線１９は、図２（ｃ）および図２（ｄ）の配
置形態についての前記したと同様な特性を示す。
【００４５】両特性線１８および１９から明らかなよう
に、図２（ａ）ないし図２（ｄ）に示した配置形態にあ
っては、前記したずれの角度（θ）が±１°を越えない
範囲で、実用上無視できない−３ｄＢを越える大きな結
合効率の低下が生じる。
に、図２（ａ）ないし図２（ｄ）に示した配置形態にあ
っては、前記したずれの角度（θ）が±１°を越えない
範囲で、実用上無視できない−３ｄＢを越える大きな結
合効率の低下が生じる。
【００４６】以上の点から、２つの截頭円錐形状を示す
両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂを組み合わせて用
いる場合であって、それぞれ小端面１５ａおよび１６ａ
同士あるいは大端面１５ｂおよび１６ｂ同士を相互に対
向させて面対称に配置するとき、図１（ａ）〜図１
（ｄ）に沿って説明したとおり、両マイクロレンズ１０
ａおよび１０ｂの互いに対向する端面を非レンズとし、
あるいは両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂの出射光
面をレンズ面とする配置形態を採用することにより、両
マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂの製造誤差に起因し
て、前記基準光軸と両マイクロレンズ１０ａおよび１０
ｂの光軸との角度のずれが生じても、そのずれ角が±２
°内にある限り、実用上、結合効率の低下を無視できる
ことから、実質的に結合効率の低下を招くことなく、比
較的容易に両マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０
ｂ）のパッシブアライメントによる光軸合わせが可能と
なる。
両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂを組み合わせて用
いる場合であって、それぞれ小端面１５ａおよび１６ａ
同士あるいは大端面１５ｂおよび１６ｂ同士を相互に対
向させて面対称に配置するとき、図１（ａ）〜図１
（ｄ）に沿って説明したとおり、両マイクロレンズ１０
ａおよび１０ｂの互いに対向する端面を非レンズとし、
あるいは両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂの出射光
面をレンズ面とする配置形態を採用することにより、両
マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂの製造誤差に起因し
て、前記基準光軸と両マイクロレンズ１０ａおよび１０
ｂの光軸との角度のずれが生じても、そのずれ角が±２
°内にある限り、実用上、結合効率の低下を無視できる
ことから、実質的に結合効率の低下を招くことなく、比
較的容易に両マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０
ｂ）のパッシブアライメントによる光軸合わせが可能と
なる。
【００４７】特に、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す
とおり、互いに対向する端面と反対側の小端面１５ａ、
１６ａあるいは大端面１５ｂ、１６ｂをレンズ面とする
前記した第１の配置形態を採用することにより、少なく
とも±５°を越えるずれ角θであっても、−２ｄＢとい
う高い結合効率を実現することができることから、各マ
イクロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）の製造誤差に
拘わらず、高精度でのパッシブアライメントを極めて容
易に実現することができる。
とおり、互いに対向する端面と反対側の小端面１５ａ、
１６ａあるいは大端面１５ｂ、１６ｂをレンズ面とする
前記した第１の配置形態を採用することにより、少なく
とも±５°を越えるずれ角θであっても、−２ｄＢとい
う高い結合効率を実現することができることから、各マ
イクロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）の製造誤差に
拘わらず、高精度でのパッシブアライメントを極めて容
易に実現することができる。
【００４８】前記したところでは、両マイクロレンズ１
０ａおよび１０ｂが面対称的に配置される形態につい
て、前記角度（θ）と前記結合効率との関係を、図３に
示されるモデルで求めた。
０ａおよび１０ｂが面対称的に配置される形態につい
て、前記角度（θ）と前記結合効率との関係を、図３に
示されるモデルで求めた。
【００４９】次に、両マイクロレンズ１０ａおよび１０
ｂがそれらの小端面と大端面とを同一方向に整列して配
置される場合における前記したと同様な各レンズ１０の
光軸と前記基準光軸との角度のずれ（θ）について考察
する。
ｂがそれらの小端面と大端面とを同一方向に整列して配
置される場合における前記したと同様な各レンズ１０の
光軸と前記基準光軸との角度のずれ（θ）について考察
する。
【００５０】両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂが小
端面と大端面とを同一方向に整列して配置される場合、
図５および図６に示されているように、各レンズ１０の
いずれか一方の端面に形成されるそれぞれのレンズ面は
相互にほぼ平行に配置される。
端面と大端面とを同一方向に整列して配置される場合、
図５および図６に示されているように、各レンズ１０の
いずれか一方の端面に形成されるそれぞれのレンズ面は
相互にほぼ平行に配置される。
【００５１】この場合、図３におけると同様な図７に示
されているモデルでは、両マイクロレンズ１０ａおよび
１０ｂのずれ角（θ）は、その絶対値および向きの双方
が相互に相等しい。また、図７のモデルでは、第１のマ
イクロレンズ１０ａの焦点距離ｆ１、第２のマイクロレ
ンズ１０ｂの焦点距離ｆ２、半導体光レーザ１２のビー
ムウエスト半径ωおよび光ファイバ１３の端面における
ビームウエスト半径ωは、それぞれ図３におけると同様
である。
されているモデルでは、両マイクロレンズ１０ａおよび
１０ｂのずれ角（θ）は、その絶対値および向きの双方
が相互に相等しい。また、図７のモデルでは、第１のマ
イクロレンズ１０ａの焦点距離ｆ１、第２のマイクロレ
ンズ１０ｂの焦点距離ｆ２、半導体光レーザ１２のビー
ムウエスト半径ωおよび光ファイバ１３の端面における
ビームウエスト半径ωは、それぞれ図３におけると同様
である。
【００５２】図５（ａ）〜図５（ｄ）と、図６（ａ）〜
図６（ｄ）に示される各配置形態についてのシミュレー
ション結果を示すグラフが図８に示されている。図８の
グラフは、図４のグラフと同様に、その横軸は、角度θ
（degree）の値を示し、その縦軸はそれぞれの角度θで
のマイクロレンズ組立体１０（１０ａおよび１０ｂ）の
結合効率（ｄＢ）を示す。
図６（ｄ）に示される各配置形態についてのシミュレー
ション結果を示すグラフが図８に示されている。図８の
グラフは、図４のグラフと同様に、その横軸は、角度θ
（degree）の値を示し、その縦軸はそれぞれの角度θで
のマイクロレンズ組立体１０（１０ａおよび１０ｂ）の
結合効率（ｄＢ）を示す。
【００５３】図８に示された特性線２０は、第３の配置
形態を示す図５（ａ）および図５（ｂ）に示されている
ように、両マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）
の小端面１５ａおよび１６ａ同士および大端面１５ｂお
よび１６ｂ同士を同一方向にそれぞれ整列させて配置さ
れ、しかも、両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂの非
レンズ面を相互に対向させて配置された配置形態でのシ
ミュレーション結果を示す。
形態を示す図５（ａ）および図５（ｂ）に示されている
ように、両マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）
の小端面１５ａおよび１６ａ同士および大端面１５ｂお
よび１６ｂ同士を同一方向にそれぞれ整列させて配置さ
れ、しかも、両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂの非
レンズ面を相互に対向させて配置された配置形態でのシ
ミュレーション結果を示す。
【００５４】図５（ａ）の配置形態では、半導体光レー
ザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０ａは、
その大端面１５ｂが入射光面であり、この入射光面にレ
ンズ面が形成されている。また、マイクロレンズ１０ａ
の小端面１５ａは、非レンズ面となり、出射光面として
作用する。他方、光ファイバ１３側に配置されるマイク
ロレンズ１０ｂは、その大端面１６ｂが非レンズ面であ
り、入射光面として作用する。また、この他方のマイク
ロレンズ１０ｂの小端面１６ａは、出射光面として作用
し、この出射光面にレンズ面が形成されている。
ザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０ａは、
その大端面１５ｂが入射光面であり、この入射光面にレ
ンズ面が形成されている。また、マイクロレンズ１０ａ
の小端面１５ａは、非レンズ面となり、出射光面として
作用する。他方、光ファイバ１３側に配置されるマイク
ロレンズ１０ｂは、その大端面１６ｂが非レンズ面であ
り、入射光面として作用する。また、この他方のマイク
ロレンズ１０ｂの小端面１６ａは、出射光面として作用
し、この出射光面にレンズ面が形成されている。
【００５５】また、図５（ｂ）の配置形態では、半導体
光レーザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０
ａは、その小端面１５ａが入射光面であり、この入射光
面にレンズ面が形成されている。また、マイクロレンズ
１０ａの大端面１５ｂは、非レンズ面となり、出射光面
として作用する。他方、光ファイバ１３側に配置される
マイクロレンズ１０ｂは、その小端面１６ａが非レンズ
面であり、入射光面として作用する。また、この他方の
マイクロレンズ１０ｂの大端面１６ｂは出射光面として
作用し、この出射光面にレンズ面が形成されている。
光レーザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０
ａは、その小端面１５ａが入射光面であり、この入射光
面にレンズ面が形成されている。また、マイクロレンズ
１０ａの大端面１５ｂは、非レンズ面となり、出射光面
として作用する。他方、光ファイバ１３側に配置される
マイクロレンズ１０ｂは、その小端面１６ａが非レンズ
面であり、入射光面として作用する。また、この他方の
マイクロレンズ１０ｂの大端面１６ｂは出射光面として
作用し、この出射光面にレンズ面が形成されている。
【００５６】図８における特性線２０から明らかなよう
に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示された各第３の配
置形態によれば、前記した角度θが±４°の範囲内で
は、前記した第１の配置形態におけると同様に、そのず
れ角度θの如何に拘わらず、ほぼ−３ｄＢの高い結合効
率が得られている。
に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示された各第３の配
置形態によれば、前記した角度θが±４°の範囲内で
は、前記した第１の配置形態におけると同様に、そのず
れ角度θの如何に拘わらず、ほぼ−３ｄＢの高い結合効
率が得られている。
【００５７】また、図８における特性線２１は、第４の
配置形態を示す図５（ｃ）および図５（ｄ）に示されて
いるように、整列配置の配置形態のうち、両マイクロレ
ンズ１０ａおよび１０ｂのそれぞれの出射光面がレンズ
面である配置形態でのシミュレーション結果を示す。
配置形態を示す図５（ｃ）および図５（ｄ）に示されて
いるように、整列配置の配置形態のうち、両マイクロレ
ンズ１０ａおよび１０ｂのそれぞれの出射光面がレンズ
面である配置形態でのシミュレーション結果を示す。
【００５８】図５（ｃ）の配置形態では、半導体光レー
ザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０ａは、
その大端面１５ｂが入射光面として作用する非レンズ面
である。また、マイクロレンズ１０ａの小端面１５ａ
は、レンズ面であり、出射光面として作用する。他方、
光ファイバ１３側に配置されるマイクロレンズ１０ｂ
は、その大端面１６ｂが非レンズ面であり、入射光面と
して作用する。また、この他方のマイクロレンズ１０ｂ
の小端面１６ａは、出射光面として作用し、この出射光
面にレンズ面が形成されている。
ザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０ａは、
その大端面１５ｂが入射光面として作用する非レンズ面
である。また、マイクロレンズ１０ａの小端面１５ａ
は、レンズ面であり、出射光面として作用する。他方、
光ファイバ１３側に配置されるマイクロレンズ１０ｂ
は、その大端面１６ｂが非レンズ面であり、入射光面と
して作用する。また、この他方のマイクロレンズ１０ｂ
の小端面１６ａは、出射光面として作用し、この出射光
面にレンズ面が形成されている。
【００５９】図５（ｄ）の配置形態では、半導体光レー
ザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０ａは、
その小端面１５ａが非レンズ面であり、入射光面として
作用する。また、このマイクロレンズ１０ａの大端面１
５ｂは出射光面として作用し、この出射光面にレンズ面
が形成されている。他方、光ファイバ１３側に配置され
るマイクロレンズ１０ｂは、その小端面１６ａが非レン
ズ面であり、入射光面として作用する。また、この他方
のマイクロレンズ１０ｂの大端面１６ｂは、出射光面と
して作用し、この出射光面にレンズ面が形成されてい
る。
ザ１２側に配置される一方のマイクロレンズ１０ａは、
その小端面１５ａが非レンズ面であり、入射光面として
作用する。また、このマイクロレンズ１０ａの大端面１
５ｂは出射光面として作用し、この出射光面にレンズ面
が形成されている。他方、光ファイバ１３側に配置され
るマイクロレンズ１０ｂは、その小端面１６ａが非レン
ズ面であり、入射光面として作用する。また、この他方
のマイクロレンズ１０ｂの大端面１６ｂは、出射光面と
して作用し、この出射光面にレンズ面が形成されてい
る。
【００６０】図５（ｃ）および図５（ｄ）の配置形態に
ついての特性線２１から明らかなように、図５（ｃ）お
よび図５（ｄ）に示された各第４の配置形態によれば、
前記した角度θが±２°の範囲内では、第２の配置形態
におけると同様に、実用上、問題とならない−３ｄＢの
結合効率を得ることができる。
ついての特性線２１から明らかなように、図５（ｃ）お
よび図５（ｄ）に示された各第４の配置形態によれば、
前記した角度θが±２°の範囲内では、第２の配置形態
におけると同様に、実用上、問題とならない−３ｄＢの
結合効率を得ることができる。
【００６１】他方、前記したように各マイクロレンズ１
０（１０ａおよび１０ｂ）がそれぞれの小端面１５ａお
よび１６ａ同士または大端面１５ｂおよび１６ｂ同士が
相互に同一方向に整列して配置される配置関係にある
が、レンズ面を相互に対向させ、あるいは入射光面がレ
ンズ面である配置形態が、図６（ａ）〜図６（ｄ）に示
されている。
０（１０ａおよび１０ｂ）がそれぞれの小端面１５ａお
よび１６ａ同士または大端面１５ｂおよび１６ｂ同士が
相互に同一方向に整列して配置される配置関係にある
が、レンズ面を相互に対向させ、あるいは入射光面がレ
ンズ面である配置形態が、図６（ａ）〜図６（ｄ）に示
されている。
【００６２】すなわち、図６（ａ）および図６（ｂ）の
配置形態では、両マイクロレンズ１０は、それぞれのレ
ンズ面を相互に対向させて配置されており、図６（ｃ）
および図６（ｄ）の配置形態では、両マイクロレンズ１
０ａおよび１０ｂのそれぞれの入射光面がレンズ面とな
るように、両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂの小端
面１５ａおよび１６ａがレンズ面でありあるいは両マイ
クロレンズ１０ａおよび１０ｂの大端面１５ｂおよび１
６ｂがレンズ面である場合の配置形態が示されている。
配置形態では、両マイクロレンズ１０は、それぞれのレ
ンズ面を相互に対向させて配置されており、図６（ｃ）
および図６（ｄ）の配置形態では、両マイクロレンズ１
０ａおよび１０ｂのそれぞれの入射光面がレンズ面とな
るように、両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂの小端
面１５ａおよび１６ａがレンズ面でありあるいは両マイ
クロレンズ１０ａおよび１０ｂの大端面１５ｂおよび１
６ｂがレンズ面である場合の配置形態が示されている。
【００６３】図８の特性線２２は、図６（ａ）および図
６（ｂ）の配置形態についての特性を示し、特性線２３
は、図６（ｃ）および図６（ｄ）の配置形態についての
特性を示す。
６（ｂ）の配置形態についての特性を示し、特性線２３
は、図６（ｃ）および図６（ｄ）の配置形態についての
特性を示す。
【００６４】両特性線２２および２３から明らかなよう
に、図６（ａ）ないし図６（ｄ）に示した配置形態にあ
っては、前記したずれの角度（θ）が±１°を越えない
範囲で、実用上無視できない−３ｄＢを越える大きな結
合効率の低下が生じる。
に、図６（ａ）ないし図６（ｄ）に示した配置形態にあ
っては、前記したずれの角度（θ）が±１°を越えない
範囲で、実用上無視できない−３ｄＢを越える大きな結
合効率の低下が生じる。
【００６５】以上の点から、２つの截頭円錐形状を示す
両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂを組み合わせて用
いる場合であって、それぞれ小端面１５ａおよび１６ａ
同士あるいは大端面１５ｂおよび１６ｂ同士を同一方向
に整列させて配置するとき、図５（ａ）〜図５（ｄ）に
沿って説明したとおり、両マイクロレンズ１０ａおよび
１０ｂの互いに対向する端面を非レンズ面とし、あるい
は両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂの出射光面をレ
ンズ面とする配置形態を採用することにより、両マイク
ロレンズ１０ａおよび１０ｂの製造誤差に起因して、前
記基準光軸と両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂの光
軸との角度のずれが生じても、そのずれ角が±２°内に
ある限り、実用上、結合効率の低下を無視できることか
ら、実質的に結合効率の低下を招くことなく、比較的容
易に両マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）のパ
ッシブアライメントによる光軸合わせが可能となる。
両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂを組み合わせて用
いる場合であって、それぞれ小端面１５ａおよび１６ａ
同士あるいは大端面１５ｂおよび１６ｂ同士を同一方向
に整列させて配置するとき、図５（ａ）〜図５（ｄ）に
沿って説明したとおり、両マイクロレンズ１０ａおよび
１０ｂの互いに対向する端面を非レンズ面とし、あるい
は両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂの出射光面をレ
ンズ面とする配置形態を採用することにより、両マイク
ロレンズ１０ａおよび１０ｂの製造誤差に起因して、前
記基準光軸と両マイクロレンズ１０ａおよび１０ｂの光
軸との角度のずれが生じても、そのずれ角が±２°内に
ある限り、実用上、結合効率の低下を無視できることか
ら、実質的に結合効率の低下を招くことなく、比較的容
易に両マイクロレンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）のパ
ッシブアライメントによる光軸合わせが可能となる。
【００６６】特に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す
とおり、互いに対向する端面を非レンズ面とする前記し
た第３の配置形態を採用することにより、少なくとも±
４°を越えるずれ角θであっても、−３ｄＢという高い
結合効率を実現することができることから、各マイクロ
レンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）の製造誤差に拘わら
ず、高精度でのパッシブアライメントを極めて容易に実
現することができる。
とおり、互いに対向する端面を非レンズ面とする前記し
た第３の配置形態を採用することにより、少なくとも±
４°を越えるずれ角θであっても、−３ｄＢという高い
結合効率を実現することができることから、各マイクロ
レンズ１０（１０ａおよび１０ｂ）の製造誤差に拘わら
ず、高精度でのパッシブアライメントを極めて容易に実
現することができる。
【００６７】また、図１（ａ）および図１（ｂ）に示し
た第１の配置形態、または図５（ａ）および図５（ｂ）
に示した第３の配置形態を採用することにより、光源た
る半導体光レーザ１２側に配置される一方のマイクロレ
ンズ１０ａの非レンズ面からの反射光が前記光源に帰還
することを確実に防止することができる。
た第１の配置形態、または図５（ａ）および図５（ｂ）
に示した第３の配置形態を採用することにより、光源た
る半導体光レーザ１２側に配置される一方のマイクロレ
ンズ１０ａの非レンズ面からの反射光が前記光源に帰還
することを確実に防止することができる。
【００６８】一般的に、反射光の防止のために、例えば
前記一方のマイクロレンズ１０ａの入射光面および出射
光面の両者に反射防止膜を形成することができる。これ
らの反射防止膜は、レンズの外部からレンズに向けられ
る光には有効であるが、例えば一方のマイクロレンズ１
０ａの入射光面から該レンズ内をその出射光面に向けて
進行する光に対して有効ではなく、そのためにレンズ１
０ａ内をその出射光面に向けて進行する光の一部が、マ
イクロレンズ１０ａ内でその前記出射光面により反射を
受ける。
前記一方のマイクロレンズ１０ａの入射光面および出射
光面の両者に反射防止膜を形成することができる。これ
らの反射防止膜は、レンズの外部からレンズに向けられ
る光には有効であるが、例えば一方のマイクロレンズ１
０ａの入射光面から該レンズ内をその出射光面に向けて
進行する光に対して有効ではなく、そのためにレンズ１
０ａ内をその出射光面に向けて進行する光の一部が、マ
イクロレンズ１０ａ内でその前記出射光面により反射を
受ける。
【００６９】このとき、マイクロレンズ１０ａが前記し
たような截頭円錐形状であれば、前記した基準光軸に対
してマイクロレンズ１０ａの光軸に角度θのずれが生じ
ることから、前記した出射光面での内部反射がレーザ光
源１２に帰還することを防止できる。
たような截頭円錐形状であれば、前記した基準光軸に対
してマイクロレンズ１０ａの光軸に角度θのずれが生じ
ることから、前記した出射光面での内部反射がレーザ光
源１２に帰還することを防止できる。
【００７０】従って、前記した内部反射による光源１２
への帰還を防止することにより、この帰還光によるレー
ザ光源の発振の不安定要因を除去することができる点か
らも、前記した第１および第３の配置形態が有利であ
る。
への帰還を防止することにより、この帰還光によるレー
ザ光源の発振の不安定要因を除去することができる点か
らも、前記した第１および第３の配置形態が有利であ
る。
【００７１】
【発明の効果】本発明によれば、前記したように、一端
にレンズ面を有し全体に円柱状のマイクロレンズが、そ
の製造誤差によって截頭円錐形状となっても、前記した
特定の姿勢で両マイクロレンズを配置することにより、
前記した製造誤差による実質的な結合効率の低下を防止
することができ、これにより比較的容易に両マイクロレ
ンズの光軸合わせの作業を行うことが可能となる。
にレンズ面を有し全体に円柱状のマイクロレンズが、そ
の製造誤差によって截頭円錐形状となっても、前記した
特定の姿勢で両マイクロレンズを配置することにより、
前記した製造誤差による実質的な結合効率の低下を防止
することができ、これにより比較的容易に両マイクロレ
ンズの光軸合わせの作業を行うことが可能となる。
【図１】本発明に係る２つのマイクロレンズの配置形態
を示す説明図（その１）である。
を示す説明図（その１）である。
【図２】本発明では採用されない配置形態を示す説明図
（その１）である。
（その１）である。
【図３】図１および図２に示した各マイクロレンズの光
軸と基準光軸との角度差θを示す説明図（その１）であ
る。
軸と基準光軸との角度差θを示す説明図（その１）であ
る。
【図４】図３に示した角度差θと、レンズ結合効率との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係る２つのマイクロレンズの配置形態
を示す説明図（その２）である。
を示す説明図（その２）である。
【図６】本発明では採用されない配置形態を示す説明図
（その２）である。
（その２）である。
【図７】図５および図６に示した各マイクロレンズの光
軸と基準光軸との角度差θを示す説明図（その２）であ
る。
軸と基準光軸との角度差θを示す説明図（その２）であ
る。
【図８】図７に示した角度差θと、レンズ結合効率との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図９】本発明に係るマイクロレンズ組立体の適用例を
示す光学装置を概略的に示す平面図である。
示す光学装置を概略的に示す平面図である。
【図１０】本発明に係るマイクロレンズの一例を示す斜
視図である。
視図である。
１０（１０ａおよび１０ｂ） 光学レンズ素子（マイク
ロレンズ） １１ 結晶基板 １１ａ 基準面（結晶基板の表面） １３ 光ファイバ １４ 凹溝 １５ａ、１５ｂ、１６ａおよび１６ｂ 光学部材の端面
ロレンズ） １１ 結晶基板 １１ａ 基準面（結晶基板の表面） １３ 光ファイバ １４ 凹溝 １５ａ、１５ｂ、１６ａおよび１６ｂ 光学部材の端面
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 前野 仁典
東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電
気工業株式会社内
(56)参考文献 特開 平２−50107（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B81B 1/00
G02B 3/00
G02B 6/42
Claims (13)
- 【請求項１】 それぞれが全体に截頭錐形を呈し、その
一方の端面がレンズ面でありかつ他方の端面が非レンズ
面である光学部材からなり、相互に光学的に直列に結合
されるべく基準面上に配置される２つの光学レンズ素子
を含む光学レンズ素子組立体であって、前記両光学レン
ズ素子は、該両光学レンズ素子間の仮想中間面に関して
相互に面対称の姿勢で配置されており、かつ前記両光学
レンズ素子は、前記非レンズ面を互いに対向させて配置
されていることを特徴とする光学レンズ素子組立体。 - 【請求項２】 それぞれが全体に截頭錐形を呈し、その
一方の端面がレンズ面でありかつ他方の端面が非レンズ
面である光学部材からなり、相互に光学的に直列に結合
されるべく基準面上に配置される２つの光学レンズ素子
を含む光学レンズ素子組立体であって、前記両光学レン
ズ素子は、該両光学レンズ素子間の仮想中間面に関して
相互に面対称の姿勢で配置されており、かつ前記両光学
レンズ素子は、それぞれの出射光面が前記レンズ面であ
ることを特徴とする光学レンズ素子組立体。 - 【請求項３】 それぞれが全体に截頭錐形を呈し、その
一方の端面がレンズ面でありかつ他方の端面が非レンズ
面である光学部材からなり、相互に光学的に直列に結合
されるべく基準面上に配置される２つの光学レンズ素子
を含む光学レンズ素子組立体であって、前記両光学レン
ズ素子は、それぞれの小端面および大端面を同一方向に
それぞれ整列させて配置されており、かつ前記両光学レ
ンズ素子は、前記非レンズ面を互いに対向させて配置さ
れていることを特徴とする光学レンズ素子組立体。 - 【請求項４】 それぞれが全体に截頭錐形を呈し、その
一方の端面がレンズ面でありかつ他方の端面が非レンズ
面である光学部材からなり、相互に光学的に直列に結合
されるべく基準面上に配置される２つの光学レンズ素子
を含む光学レンズ素子組立体であって、前記両光学レン
ズ素子は、それぞれの小端面および大端面を同一方向に
それぞれ整列させて配置されており、かつ前記両光学レ
ンズ素子は、それぞれの出射光面が前記レンズ面である
ことを特徴とする光学レンズ素子組立体。 - 【請求項５】 それぞれが全体に截頭錐形を呈し、その
一方の端面がレンズ面でありかつ他方の端面が非レンズ
面である光学部材から成り、相互に光学的に直列に結合
されるべく基準面上に配置される２つの光学レンズ素子
を含む光学レンズ素子組立体であって、前記両光学レン
ズ素子は、それぞれの前記非レンズ面を相互に対向させ
て配置されていることを特徴とする光学レンズ素子組立
体。 - 【請求項６】 前記両光学レンズ素子は、該両光学レン
ズ素子間の仮想中間面に関して相互に面対称の姿勢で配
置されている請求項５記載の光学レンズ素子組立体。 - 【請求項７】 前記両光学レンズ素子は、それぞれの小
端面および大端面を同一方向にそれぞれ整列させて配置
されている請求項５記載の光学レンズ素子組立体。 - 【請求項８】 それぞれが全体に截頭錐形を呈し、その
一方の端面がレンズ面でありかつ他方の端面が非レンズ
面である光学部材からなり、相互に光学的に直列に結合
されるべく基準面上に配置される２つの光学レンズ素子
を含む光学レンズ素子組立体であって、前記両光学レン
ズ素子は、それぞれの出射光面が前記レンズ面であるこ
とを特徴とする光学レンズ素子組立体。 - 【請求項９】 前記両光学レンズ素子は、それぞれの小
端面同士または大端面同士を相互に対向させて配置され
ている請求項８記載の光学レンズ素子組立体。 - 【請求項１０】 前記両光学レンズ素子は、その一方の
前記光学レンズ素子の小端面と他方の前記光学レンズ素
子の大端面とを相互に対向させて配置されている請求項
８記載の光学レンズ素子組立体。 - 【請求項１１】 前記両光学レンズ素子は、前記基準面
を与える基板に形成される凹溝であって前記光学レンズ
素子に光学的に結合される光ファイバが配置される凹溝
上に、該溝に沿って配置される請求項１、２、３、４、
５または８のいずれかに記載の光学レンズ素子組立体。 - 【請求項１２】 前記両光学レンズ素子は、マイクロレ
ンズである請求項１、２、３、４、５または８のいずれ
かに記載の光学レンズ素子組立体。 - 【請求項１３】 前記光学レンズ素子は、シリコン結晶
からなるマイクロレンズである請求項１、２、３、４、
５または８のいずれかに記載の光学レンズ素子組立体。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2001144836A JP3480841B2 (ja) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | 光学レンズ素子組立体 |
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|---|---|---|---|
| JP2001144836A Expired - Fee Related JP3480841B2 (ja) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | 光学レンズ素子組立体 |
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| US5911021A (en) * | 1997-04-02 | 1999-06-08 | Lucent Technologies Inc. | Subassembly and method for coupling optical devices |
| US5996376A (en) * | 1997-04-11 | 1999-12-07 | Digital Optics Corporation | Methods of forming optical rods including three-dimensional patterns on end faces thereof |
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- 2001-05-15 JP JP2001144836A patent/JP3480841B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 2002-04-29 US US10/133,739 patent/US6721108B2/en not_active Expired - Fee Related
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