JP3923328B2 - レンズ交換型コリメータを備えた機能性光結合モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に用いられるレンズ交換型のコリメータと、このコリメータを備えた光ビームに対して所定の作用を及ぼす光機能部品を備える光結合モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来の光結合モジュール１００の概略図である。なお、光結合モジュール１００は、光機能部品として可変光減衰器を備えるが、説明を容易にするため、光の減衰を行う光吸収フィルタ１０１のみを記載し、これを駆動させる駆動部等の記載は省略している。
【０００３】
光吸収フィルタ１０１は、図面上縦方向に厚さ勾配を有する光吸収材であり、光ファイバと接続されたコリメータ１０２−１から出射される光ビーム１０３の直角方向に配置され、矢印Ａ又はＢの方向に移動され、光ビーム１０３の吸収率を変化させることにより光ビームの減衰を行う。光吸収フィルタ１０１により減衰された光ビーム１０３は、コリメータ１０２−２に入射される。
【０００４】
コリメータの並列化においては、例えばシリコン基板上やガラス基板上にファイバ・ガイド用のV字型溝を設け、そこにＳＭ（シングル・モード）ファイバ先端にＧＩ（グレーデッド・インデックス）ファイバを所定長融着接続してレンズ機能を付与した光ファイバ・コリメータを配置することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のコリメータ、光機能部品、これらを備える光結合モジュールを、ＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing：狭帯域波長分割多重）通信方式で用いるにあたっては、以下の問題点が存在する。
【０００６】
まず、ＤＷＤＭ通信の各波長で従来の光機能部品を使用する場合、その数は１００を超えると予想される。この場合、１個の光機能部品の大きさからして、装置全体が非常に大きな容積を占有してしまうこととなる。ＡＷＧ（Array Wave Guide Grating）光合分波器に付いても、単一のチップ上に各種部品が集積化されているとはいえ、現状では数ｃｍの大きさがあり、これにもまた容積の問題が存在する。
【０００７】
また、半導体製造技術を用いて製作されたチップ上にファイバ・ガイドを並列に設けた光コネクタの場合、ファイバ・ガイドに光ファイバを取り付ける作業は困難を伴う。また、組立時における光ファイバの折損、付加損失等の発生を防止するためにチップから取り出された光ファイバの取り回しを慎重に行う必要がある。
【０００８】
また、前述の光ファイバの折損、付加損失等の発生を恒久的に防止するには、筐体等の保護部材を設けることにより空気中の塵等から部品を保護する必要があり、このため、製造工程がより複雑化し、製造設備もより大型化するという問題点がある。このような問題点は、ＡＷＧ光合分波器にも存在し、各導波路と光ファイバとの接続作業及び光ファイバの取り回しは困難を伴う。
【０００９】
また、前述のＶ字型溝に光ファイバを配置する場合、基板上にＶ字型溝の終端部から外部に向けてレンズ固定用の貫通孔を設ける必要がある。この場合、光ファイバ及びレンズの配置の都合上、レンズのサイズは、Ｖ字型溝のピッチ以下に制限される。さらに、レンズの寸法精度が不精確であると光ビームの光軸の位置、方向に偏移が生じ、所定の機能を発揮することが不可能となる。
【００１０】
上記の問題点は、前述のＳＭファイバの先端にＧＩファイバを融着した光ファイバ・コリメータを用いるにあたっては発生しないが、この光ファイバ・コリメータには以下の問題点がある。
光機能部品は、その種類によって光学特性が異なり、例えばレーザ発光素子の場合、レーザ発光素子の光学特性と、レンズの光学特性が一致していないと光結合が適切に行われず、所定の効果が得られない。したがって、光機能部品を別のものへ交換する場合、同時にレンズもその光機能部品の光学特性と一致したものへ交換する必要がある。
【００１１】
しかし、光ファイバ・コリメータは、前述のとおり、レンズと光ファイバは融着されているため、レンズのみを交換することが不可能である。レンズを交換する場合は、光ファイバと再度の融着をする必要がある。これは、保護部材の取り外し、光ファイバの光軸合わせ等の煩雑な作業を伴い、コスト、設備、及び作業効率面で当業者に多大な負担を強いるものであり、事実上実施不可能である。
【００１２】
このような事情に鑑み、本発明は、レンズを迅速且つ容易に交換可能であり、小型且つ耐久性に優れたレンズ交換型コリメータを備えた機能性光結合モジュールを提供することをその目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以下に本発明の態様を開示する。
【００１４】
発明の第１の態様は、下記の部材を備えることを特徴とする機能性光結合モジュールである。（ａ）１本以上の光ファイバを表面ではなく内部で保持するフェルールから成るワンピース構造の光ファイバ・ユニットと、（ｂ）前記光ファイバ・ユニットにに面接触して接合可能であり、１個以上のコリメート・レンズを表面ではなく内部で保持するワンピース構造のレンズ・ユニットを１個以上備えるレンズ部と、（ｃ）前記レンズ・ユニットとに面接触して接合可能な光機能部品と、（ｄ）前記光ファイバユニット、前記レンズユニット、及び前記光機能部品を接合して一列状に一体化し、互いの位置合わせを行う一体化手段。上記機能性光結合モジュールは小型で剛性の優れた光結合モジュールを提供する。
【００１５】
発明の第２の態様は、前記光機能部品が、光減衰器であることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００１６】
発明の第３の態様は、前記光機能部品が、面発光レーザ装置であることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００１７】
発明の第４の態様は、前記光ファイバ・ユニットは、第１及び第２の光ファイバ・ユニットを備え、前記レンズ・ユニットは第１及び第２のレンズ・ユニットを備え、前記第１の光ファイバ・ユニット、第１レンズ・ユニット、前記光機能部品、第２レンズ・ユニット、第２光ファイバ・ユニットの順に配列されていることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
上記モジュールはレンズ・ユニット、機能性光機能部品を容易に交換できるため、種々の光機能モジュールを提供できる。
【００１８】
発明の第５の態様は、前記コリメート・レンズから出射される光ビームは、広がり角度±2度以内の並行光線であり、該平行光線に対して所定の作用を及ぼす前記光機能部品の厚みは、前記コリメート・レンズの焦点距離の２倍以下であることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００１９】
発明の第６の態様は、前記コリメート・レンズは、レンズ中心に対して屈折率が略２乗分布をとることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００２０】
発明第７の態様は、前記コリメート・レンズが、レンズの片側又は両側の端部に無反射コーティングが施されていることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００２１】
発明の第８の態様は、前記コリメート・レンズは、グレーデッド・インデックス・ファイバ製であることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００２２】
発明の第９の態様は、前記一体化手段は、前記光ファイバ・ユニットに固定され、前記レンズ・ユニット、前記光機能部品、又は他のレンズ・ユニット及び他の光ファイバ・ユニットのフェルールのそれぞれに設けられた貫通孔に嵌合するガイドピンから成ることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００２３】
発明の第１０の態様は、前記一体化手段は、さらに前記光ファイバ・ユニット及び前記レンズ・ユニット、前記光機能部品を密着させるクリップ部材を備えることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００２４】
発明の第１１の態様は、前記一体化手段は、さらに、前記光ファイバ・ユニットのフェルールの一方に設けられ、前記レンズ・ユニット、前記光機能部品、又は他の光ファイバ・ユニットのフェルールに設けられた係合部と係合するラッチ部材を備えることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いつつ本発明のレンズ交換型コリメータ及び機能性光結合モジュールについての説明を行う。
なお、以下の実施の形態は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施の形態を採用することが可能であるが、これらの実施の形態も本発明の範囲に含まれる。
【００３１】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかるレンズ交換型コリメータ１の構成を示す斜視図である。レンズ交換型コリメータ１は、光ファイバ・テープ心線（以下光ファイバと略す）２、光ファイバ２を保持するフェルール３とから成る光ファイバ・ユニット４、例えば４個のコリメート・レンズ５、コリメート・レンズ５を保持するレンズ・ユニット７、及び光ファイバ・ユニット４とレンズ・ユニット７とを一体化する一体化手段を備える。
【００３２】
一体化手段は、フェルール３に設けられ、レンズ・ユニット７の貫通孔８を貫通するガイドピン９から成る。フェルールは光ファイバを固定して保持するプラスチック、セラミクス等で構成したブロックである。
【００３３】
光ファイバ・ユニット４は、サブミクロン単位（±０．１μｍ）の高位置精度を有するＭＴ（Mechanically Transferable）コネクタを基に製作したものであり、図１（ａ）では、例えば４本の光ファイバ１０を並列化した状態で保持する場合を示すが、これに限定されず、例えば、光ファイバ１０を１本のみを保持する構成の他、複数段に配置された複数本の光ファイバ１０を並列化した状態で保持する構成とすることも可能である。また、光ファイバ・ユニットは、ハウジングやクリップを備えるＭＰＯやＭＴ−ＲＪコネクタ等を基に製作することも可能である。
【００３４】
コリメート・レンズ５は、その屈折率が略２乗分布をとり、出射される光ビームが広がり角度±２度以内の平行光線となるように調製することができる。このように光ビームを平行光線とすることにより、複数個のレンズ交換型コリメータ１を対向配置させ、これらの間で光ビームを送受させる際の光の損失を最低限に抑制することが可能である。
【００３５】
また、コリメート・レンズ５は、片側又は両側に反射による光の損失を防止するための無反射コーティングが施されており、前述の光損失の防止をより確実にすることが可能である。
また、図１においては、コリメート・レンズ５は、所定の長さで切断したＧＩファイバ製とすることができるが、必ずしもこれに限定されない。
【００３６】
レンズ・ユニット７は、レンズを所定の間隔で例えば合成樹脂に埋め込んで固定したものであり、光ファイバ・ユニット４と同じくサブミクロン単位の高位置精度を有し、コリメート・レンズ５の保持位置は、光ファイバ１０との間で光の損失を最低限に抑制して光ビームを送受できるように厳密に調整されている。そのため、レンズの位置と光ファイバ心線の先端距離は必要により適時調整されている。
【００３７】
また、貫通孔８とガイドピン９の位置は、コリメート・レンズ５と光ファイバ１０の最適位置を保持するように厳密に調整されている。そして、図２（ｂ）に示すように貫通孔８をガイドピン９が貫通し、光ファイバ・ユニット４とレンズ・ユニット７とが一体化されることによりコリメート・レンズ５と光ファイバ１０は厳密に位置合わせされ、両者はこの最適位置で確実に保持される。
【００３８】
また、ガイドピン９は、さらに貫通孔８と同様の貫通孔を備える図示しない光機能部品、別のレンズ・ユニット、及び別の光ファイバ・ユニットを一体化するに足る長さを有する。従来、光機能部品を用いる際、その種類によって光学特性が異なり、これと一致する光学特性をもつコリメート・レンズと交換する必要があり当業者に多大な負担を強いている点は前述した。
【００３９】
これに対して、本発明のレンズ交換型コリメータ１は、前述のとおり、貫通孔及びガイドピンによりレンズ・ユニットの着脱及びレンズ・ユニット（コリメート・レンズ）と光ファイバ・ユニット（光ファイバ）の位置決めを正確に行える。従って、本発明のレンズ交換型コリメータ１は、それぞれ異なる光学特性をもつレンズを備えるレンズ・ユニットを複数個用意しておき、このレンズ・ユニットを交換することにより、種々の光機能部品に対応したレンズへの交換作業を平易且つ迅速に行うことができ、上記の問題点を解消可能である。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図２（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかる機能性光結合モジュール１１の構成を示す斜視図である。
機能性光結合モジュール１１は、図１で示した本発明の第１の実施形態にかかるレンズ交換型コリメータ１を２個用いたものである。
【００４１】
機能性光結合モジュール１１は、図１の光ファイバ・ユニット４と同様の光ファイバ・ユニット４−１及び４−２から成る光ファイバ部と、図１のレンズ・ユニット７と同様のレンズ・ユニット７−１及び７−２から成るレンズ部と、レンズ・ユニット７−１及び７−２と接触可能であり、所定の作用を及ぼした光ビームをレンズ・ユニット７−１又は７−２のコリメート・レンズ５へ入射させる光機能部品１１と、光ファイバ・ユニット４−１、レンズ・ユニット７−１、光機能部品１２、レンズ・ユニット７−２、及び光ファイバ・ユニット４−２を一体化し、互いの位置合わせを行う一体化手段と備える。
【００４２】
一体化手段は、光ファイバ・ユニット４−１のフェルールに設けられ、レンズ・ユニット７−１、光機能部品１２に設けられた貫通孔８を貫通し、光ファイバ・ユニット４−２のフェルールに設けられた穴部１３に挿入されるガイドピン９から成る。
【００４３】
また、本実施の形態では、一体化手段が前記のガイドピン９に加えてクリップ部材１４を備える場合を示している。クリップ部材１４は、レンズ・ユニット４−１及び４−２其々のフェルールに圧力を加えることにより光ファイバ・ユニット４−１、レンズ・ユニット７−１、光機能部品１２、レンズ・ユニット７−２、光ファイバ・ユニット４−２の位置を固定させる。これにより、ガイドピン９によって行われた位置決め及び状態保持をより確実にすることが可能である。
【００４４】
図２（ｂ）は、上記の一体化手段により光ファイバ・ユニット４−１、レンズ・ユニット７−１、光機能部品１２、レンズ・ユニット７−２、及び光ファイバ・ユニット４−２が一体化された状態、つまり２個のレンズ交換型コリメータによって光機能部品１２が狭持された状態を示す斜視図である。
【００４５】
また、本実施の形態においては、光機能部品１２は、例えば光の減衰量を自由に変更可能な可変光減衰器１２である場合を示している。可変光減衰器１２は、ＭＥＭＳ技術を用いて製作され、その厚みは、コリメート・レンズの焦点距離により規定される。本実施の形態にかかるコリメート・レンズ５（図１）の作動距離は例えば約５００μｍであり、これを備えるレンズ・ユニット７−１と７−２が理論的に最も小さな損失で光ビームを送受可能な距離、つまりレンズ・ユニット７−１と７−２の対向距離は、コリメート・レンズの作動距離の２倍である約１ｍｍとなる。従って、可変光減衰器１２の厚みは１ｍｍとなっている。
【００４６】
図３（ａ）は、可変光減衰装置１２の概要図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の可変光減衰装置１２の拡大図である。可変光減衰装置１２は、例えば櫛歯型アクチュエータ１５（１５−１、１５−２）と、駆動用バネ１６と、遮光板１７を備え、これらの部材は互いに接合されている。櫛歯型アクチュエータ１５（１５−１、１５−２）は、静電力で駆動し、駆動用１６バネとの反発力を利用して遮光板１７を移動させ、光の遮断面積を変化させることにより光ビーム１０３の減衰量を変化させる。
【００４７】
この可変光減衰装置１２は、図１に示したレンズ・ユニット７−１と７−２との間で送受される光ビーム１０３に対して正確に減衰作用を及ぼすように寸法、遮光板１６の位置等が厳密に調整されている。なお、図示しないが、遮光板１７の先端部形状を四角形に代えて任意の多角形状、例えば逆V字型とすることもできる。このような形状では光減衰量の偏波依存性を小さくすることができる。
【００４８】
（第３の実施形態）
図４（ａ）は、本発明の第３の実施形態にかかる光結合モジュール１８の構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
機能性光結合モジュール１８は、図２に示した本発明の第２の実施形態にかかる機能性光結合モジュール１１の一体化手段に変更を加えたものである。
【００４９】
図２の機能性光結合モジュール１１の一体化手段は、光ケーブル・ユニット４−２に設けられた穴部１３にガイドピン９が挿入される構成をとっていた。これに対して、機能性光結合モジュール１８の一体化手段は、図２の穴部１３に代えて光ファイバ・ユニット４−３のフェルールに設けらえた貫通孔８を貫通するガイドピン９と、貫通したガイドピン９を固定することにより全体を固定するキャップ状の固定部材１９とを備える構成をとる。
【００５０】
また、ガイドピン９にねじ山を設け、このねじ山に対応しためねじを固定部材１９の内面に設けることにより、ガイドピンと固定部材をより強く係合させる構成とすることも可能である。
【００５１】
なお、前述のとおり、本実施の形態にかかる機能性光結合モジュール１８の光ファイバ・ユニット４−３には貫通孔８が設けられ、一方、図２の機能性光結合モジュール１１の光ファイバ・ユニット４−１には穴部１３が設けられている点から、それぞれ異なった番号を付与し、両者を区別したが、両者の相違点は上記の点のみであり、その他の機能・構成等は同一である。
また、機能性光結合モジュール１８の光ファイバ・ユニット４−３以外の部材の機能・構成等も図２の機能性光結合モジュール１１の場合と同様である。
【００５２】
（第４の実施形態）
図５（ａ）は、本発明の第４の実施形態にかかる光結合モジュール２０の構成を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。機能性光結合モジュール２０は、図２に示した本発明の第２の実施の形態にかかる機能性光港内機能性光結合モジュール１１の一体化手段に変更を加えたものである。
【００５３】
図２の機能性光結合モジュール１１及び図４の機能性光結合モジュール１８の一体化手段は、クリップ部材１４を備える構成としていたが、機能性光結合モジュール２０の一体化手段は、クリップ部材１４に代えて光ファイバ・ユニット４−４に設けられたラッチ部材２１を備える。ラッチ部材２１は、光ファイバ・ユニット４−５に設けられ、内部に溝を備える係合部２２と係合することにより光ファイバ・ユニット４−４、レンズ・ユニット７−１、光機能部品１２、レンズ・ユニット７−２、光ファイバ・ユニット４−５を密着させる。
【００５４】
なお、光ファイバ・ユニット４−４の機能・構成等は、ラッチ部材２１が設けられている点以外は図２の光ファイバ・ユニット４−１と同一であり、光ファイバ・ユニット４−５の機能・構成等は、係合部２２が設けられている点以外は図２の光ファイバ・ユニット４−２と同一である。
また、機能性光結合モジュール２０の光ファイバ・ユニット４−４及び４−５以外の部材の機能・構成等も図２の機能性光結合モジュール１１の場合と同様である。
【００５５】
また、本図の光機能部品２０は、ラッチ部材２１を光ファイバ・ユニット４−４に設け、係合部２２を光ファイバ・ユニット４−５に設ける構成としているが、ラッチ部材２１を光ファイバ・ユニット４−５に設け、係合部材２２を光ファイバ・ユニット４−４に設ける構成とすることも可能である。
【００５６】
また、本実施の形態にかかるラッチ部材２１及び係合部２２は、図２の機能性光結合モジュール１１及び図４の機能性光結合モジュール１８に設けることも可能である。
【００５７】
（第５の実施形態）
図６（ａ）は、本発明の第５の実施形態にかかる機能性光結合モジュール２３の構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
光機能モジュール２３は、図２から図５で示した本発明の第２から第４の実施の形態にかかる機能性光結合モジュール１１、１８、及び２０が、図１で示した本発明の第１の実施形態にかかるレンズ交換型コリメータ１を２個備えるのに対し、１個のレンズ交換型コリメータ１を備える構成としたものである。
【００５８】
機能性光結合モジュール１１は、光ファイバ・ユニット４−６から成る光ファイバ部と、レンズ・ユニット７−３から成るレンズ部と、レンズ・ユニット７−３と接触可能であり、所定の作用を及ぼした光ビームをレンズ・ユニット７−３のコリメート・レンズ５へ入射させる光機能部品２４と、光ファイバ・ユニット４−６、レンズ・ユニット７−３、及び光機能部品２４を一体化し、互いの位置合わせを行う一体化手段と備える。
【００５９】
光ファイバ・ユニット４−６は、図１の光ファイバ・ユニット４に変更を加えたものであり、例えば縦５×横１２で配列された６０本の光ファイバ１０を保持しているが、光ファイバ１０の数量以外の構成・機能等は光ファイバ・ユニット４と同様である。
【００６０】
レンズ・ユニット７−３は、図１のレンズ・ユニット７に変更を加えたものであり、例えば縦５×横１２で配列された６０個のコリメート・レンズ５を保持しているが、コリメート・レンズ５の数量以外の構成・機能等はレンズ・ユニット４と同様である。
【００６１】
一体化手段は、光ファイバ・ユニット４−６のフェルールに設けられ、レンズ・ユニット７−３のレンズ・ユニットに設けられた貫通孔８を貫通し、光機能部品２４に設けられた穴部１３に挿入されるガイドピン９から成る。
【００６２】
また、本実施形態では、一体化手段が前記のガイドピン９に加えてクリップ部材２５を備える場合を示している。クリップ部材２５は、光ファイバ・ユニット４−６のフェルール及び光機能部品２４其々に圧力を加えることにより光ファイバ・ユニット４−６、レンズ・ユニット７−３、及び光機能部品２４を密着させる。これにより、ガイドピン９によって行われた位置決め及び状態保持をより確実にすることが可能である。
【００６３】
また、本実施形態においては、光機能部品２４は、複数個のレーザ発光素子が２次元的配列された面発光レーザ装置２４である場合を示している。
【００６４】
図７（ａ）は、面発光レーザ装置２４の構成を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の装置本体２６の正面拡大図である。面発光レーザ装置２４は、レーザの発振及び照射を行う装置本体２６、及びスペーサ２７を備える。装置本体２６は、例えば正面にGaAs等の半導体の積層薄膜から構成された６０個のレーザ発光素子２８を備え、これらのレーザ発光素子２８は、前述のコリメート・レンズ５や光ファイバ１０と同じく例えば縦５×横１２で配列されている。
【００６５】
スペーサ２７は、装置本体２６とレンズ・ユニット７−３（図６）との間に位置し、レーザ発光素子２８がレンズ・ユニット７−３へ向けてレーザ・ビームを照射する際、このレーザ・ビームが伝播する空間を設けるためのものであり、ガイドピン９（図６）が貫通する貫通孔８を備え、これにより容易且つ迅速に着脱交換が可能である。また、スペーサ２７の厚さは、レーザ・ビームの光特性によって規定され、一例としては２５０μｍのものが挙げられる。
【００６６】
これまでレーザ発光素子を２次元的に配置したレーザ装置は作製されてはいたが、コリメート・レンズと光ファイバとの光結合を低い損失で行うことが困難であり、そのためレーザ発光素子を２次元的に配置することが実用化されていなかった。
【００６７】
これに対して本実施の形態の面発光レーザ装置２４では、異なる厚みをもつスペーサを複数個用意しておき、レーザの光特性に適合したスペーサに交換することにより上記の問題を解消可能である。これに加えて、スペーサ２７は、前述のように着脱交換を容易且つ迅速に行うことが可能である点と、第１の実施の形態で述べたレンズ交換型コリメータ１の簡便性とにより更なる作業効率の改善が実現できる。
【００６８】
上記のような面発光レーザ装置２４は、装置本体２６とスペーサ２７の寸法調整及び位置決めを含め、コリメート・レンズ（図６）に対して正確にレーザ・ビームを入射できるようにコリメート・レンズ及びレンズ・ブロック７−３（図６）との寸法調整及び位置等が厳密に調整されている。
なお、本実施に形態においては、装置本体２６とスペーサ２７は別個の部材である場合を示したが、これに限定されず、両者を一体構造とすることも可能である。
【００６９】
（第６の実施形態）
図８（ａ）は、本発明の第５の実施形態にかかる機能性光結合モジュール２９の構成を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
機能性光結合モジュール２９は、調整手段に対して図４に示す第３実施形態にかかる機能性光結合モジュール１８の場合と同様の変更を加えたものである。
【００７０】
つまり、機能性光結合モジュール２９は、図７の穴部１３に代わる貫通孔８を面発光レーザ装置２６に設け、貫通孔８を貫通したガイドピン９をキャップ状の固定部材１９で固定する構成としたものであり、面発光レーザ装置２６の機能・構成等は、貫通孔８を設けた点を除いて図６及び図７の面発光レーザ装置２４と同様であり、その他の部材の機能・構成等についても図６の機能性光結合モジュール２３の場合と同様である。
【００７１】
また、ガイドピン９にねじを設け、このねじに対応しためねじを固定部材１９に設けることにより、ガイドピンと固定部材をより強く係合させる構成とすることも可能である。
【００７２】
（第７の実施形態）
図９（ａ）は、本発明の第５の実施形態にかかる機能性光結合モジュール３０の構成を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
機能性光結合モジュール３０は、調整手段に対して図５の第４の実施形態にかかる機能性光結合モジュール２０の場合と同様の変更を加えたものである。
【００７３】
つまり、機能性光結合モジュール３０は、図６及び図８のクリップ部材２５に代わるラッチ部材３１を光ファイバ・ブロック４−７に設け、さらに、内部に溝を備える係合部３２を面発光レーザ装置２４−２に設け、ラッチ部材３１を係合部３２と係合させることにより光ファイバ・ブロック４−７、レンズ・ユニット７−３、及び面発光レーザ装置２４−２を密着させる構成としたものである。
【００７４】
なお、光ファイバ・ブロック４−７の機能・構成等は、ラッチ部材３１を設けた点を除いて図６及び図８の光ファイバ・ブロック４−６と同様であり、面発光レーザ装置２４−２の機能・構成等は、係合部材３２を設けた点を除いて図６及び図７の面発光レーザ装置２４と同様であり、その他の部材の機能・構成等についても図６の機能性光結合モジュール２３及び図９の機能性光結合モジュール２９の場合と同様である。
【００７５】
また、本図の光機能部品３０は、ラッチ部材３１を光ファイバ・ユニット４−７に設け、係合部３２を面発光レーザ装置２４−２に設ける構成としているが、ラッチ部材３１を面発光レーザ装置２４−２に設け、係合部３２を光ファイバ・ユニット４−７に設ける構成とすることも可能である。また、本実施の形態にかかるラッチ部材３１及び係合部３２は、図６の機能性光結合モジュール２３及び図８の機能性光結合モジュール２９に設けることも可能である。
【００７６】
なお、上記の実施形態のおいては、機能性光結合モジュールが備えるレンズ交換型コリメータは、１個又は２個である場合を示したが、これに限定されず、３個以上のレンズ交換型コリメータを備える構成とすることも可能である。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明においては、機能性光結合モジュールを、上記のレンズ交換型コリメータと、このレンズ交換型コリメータと正確に一体化する光機能部品を備え、この光機能部品も自由に着脱できる構成とした。
【００７９】
また、光ファイバ部の光ファイバは、フェルール部材に保持されているため折損の危険性がなく、さらに、複数の光ファイバが単一のフェルールに並列化配置されているため機能性光結合モジュール自体の小型化も実現されている。
【００８０】
上記の点から、レンズだけでなく光機能部品も迅速且つ平易に交換可能であり、小型且つ耐久性に優れたレンズ交換型コリメータを備えた小型の機能性光結合モジュールを提供することが可能となった。
【００８１】
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかるレンズ交換型コリメータの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図１（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかる機能性光結合モジュールの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図２（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、可変光減衰装置の概要図である。
（ｂ）は、図３（ａ）に示す可変光減衰装置の拡大図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第３の実施形態にかかる機能性光結合モジュールの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図４（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第４の実施形態にかかる機能性光結合モジュールの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図５（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第５の実施形態にかかる機能性光結合モジュールの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図６（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は、面発光レーザ装置の構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図７（ａ）の装置本体の拡大図である。
【図８】（ａ）は、本発明の第６の実施形態にかかる機能性光結合モジュールの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図８（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第７の実施形態にかかる機能性光結合モジュールの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図９（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図１０】従来の光結合モジュール１００の概略図である。
【符号の説明】
１ レンズ交換型コリメータ
２ 光ファイバ・テープ心線（光ファイバ）
３ フェルール
４ 光ファイバ・ユニット
５ コリメート・レンズ
７ レンズ・ユニット
８ 貫通孔
９ ガイドピン
１０ 光ファイバ
１１、１８、２０、２３、２９、３０ 機能性光結合モジュール
１２ 可変光減衰装置
１３ 穴部
１４、２５ クリップ部材
１５ 櫛歯型アクチュエータ
１６ 駆動用バネ
１７ 遮光板
１９ 固定部材
２１、３１ ラッチ部材
２２、３２ 係合部
２４ 面発光レーザ装置
２５ 面発光レーザ本体
２６ レーザ装置本体
２７ スペーサ
２８ レーザ発光素子
１００ 従来の光結合モジュール
１０１ 従来の光吸収フィルタ
１０２ 従来のコリメータ
１０３ 光ビーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に用いられるレンズ交換型のコリメータと、このコリメータを備えた光ビームに対して所定の作用を及ぼす光機能部品を備える光結合モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来の光結合モジュール１００の概略図である。なお、光結合モジュール１００は、光機能部品として可変光減衰器を備えるが、説明を容易にするため、光の減衰を行う光吸収フィルタ１０１のみを記載し、これを駆動させる駆動部等の記載は省略している。
【０００３】
光吸収フィルタ１０１は、図面上縦方向に厚さ勾配を有する光吸収材であり、光ファイバと接続されたコリメータ１０２−１から出射される光ビーム１０３の直角方向に配置され、矢印Ａ又はＢの方向に移動され、光ビーム１０３の吸収率を変化させることにより光ビームの減衰を行う。光吸収フィルタ１０１により減衰された光ビーム１０３は、コリメータ１０２−２に入射される。
【０００４】
コリメータの並列化においては、例えばシリコン基板上やガラス基板上にファイバ・ガイド用のV字型溝を設け、そこにＳＭ（シングル・モード）ファイバ先端にＧＩ（グレーデッド・インデックス）ファイバを所定長融着接続してレンズ機能を付与した光ファイバ・コリメータを配置することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のコリメータ、光機能部品、これらを備える光結合モジュールを、ＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing：狭帯域波長分割多重）通信方式で用いるにあたっては、以下の問題点が存在する。
【０００６】
まず、ＤＷＤＭ通信の各波長で従来の光機能部品を使用する場合、その数は１００を超えると予想される。この場合、１個の光機能部品の大きさからして、装置全体が非常に大きな容積を占有してしまうこととなる。ＡＷＧ（Array Wave Guide Grating）光合分波器に付いても、単一のチップ上に各種部品が集積化されているとはいえ、現状では数ｃｍの大きさがあり、これにもまた容積の問題が存在する。
【０００７】
また、半導体製造技術を用いて製作されたチップ上にファイバ・ガイドを並列に設けた光コネクタの場合、ファイバ・ガイドに光ファイバを取り付ける作業は困難を伴う。また、組立時における光ファイバの折損、付加損失等の発生を防止するためにチップから取り出された光ファイバの取り回しを慎重に行う必要がある。
【０００８】
また、前述の光ファイバの折損、付加損失等の発生を恒久的に防止するには、筐体等の保護部材を設けることにより空気中の塵等から部品を保護する必要があり、このため、製造工程がより複雑化し、製造設備もより大型化するという問題点がある。このような問題点は、ＡＷＧ光合分波器にも存在し、各導波路と光ファイバとの接続作業及び光ファイバの取り回しは困難を伴う。
【０００９】
また、前述のＶ字型溝に光ファイバを配置する場合、基板上にＶ字型溝の終端部から外部に向けてレンズ固定用の貫通孔を設ける必要がある。この場合、光ファイバ及びレンズの配置の都合上、レンズのサイズは、Ｖ字型溝のピッチ以下に制限される。さらに、レンズの寸法精度が不精確であると光ビームの光軸の位置、方向に偏移が生じ、所定の機能を発揮することが不可能となる。
【００１０】
上記の問題点は、前述のＳＭファイバの先端にＧＩファイバを融着した光ファイバ・コリメータを用いるにあたっては発生しないが、この光ファイバ・コリメータには以下の問題点がある。
光機能部品は、その種類によって光学特性が異なり、例えばレーザ発光素子の場合、レーザ発光素子の光学特性と、レンズの光学特性が一致していないと光結合が適切に行われず、所定の効果が得られない。したがって、光機能部品を別のものへ交換する場合、同時にレンズもその光機能部品の光学特性と一致したものへ交換する必要がある。
【００１１】
しかし、光ファイバ・コリメータは、前述のとおり、レンズと光ファイバは融着されているため、レンズのみを交換することが不可能である。レンズを交換する場合は、光ファイバと再度の融着をする必要がある。これは、保護部材の取り外し、光ファイバの光軸合わせ等の煩雑な作業を伴い、コスト、設備、及び作業効率面で当業者に多大な負担を強いるものであり、事実上実施不可能である。
【００１２】
このような事情に鑑み、本発明は、レンズを迅速且つ容易に交換可能であり、小型且つ耐久性に優れたレンズ交換型コリメータを備えた機能性光結合モジュールを提供することをその目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以下に本発明の態様を開示する。
【００１４】
発明の第１の態様は、下記の部材を備えることを特徴とする機能性光結合モジュールである。（ａ）１本以上の光ファイバを表面ではなく内部で保持するフェルールから成るワンピース構造の光ファイバ・ユニットと、（ｂ）前記光ファイバ・ユニットにに面接触して接合可能であり、１個以上のコリメート・レンズを表面ではなく内部で保持するワンピース構造のレンズ・ユニットを１個以上備えるレンズ部と、（ｃ）前記レンズ・ユニットとに面接触して接合可能な光機能部品と、（ｄ）前記光ファイバユニット、前記レンズユニット、及び前記光機能部品を接合して一列状に一体化し、互いの位置合わせを行う一体化手段。上記機能性光結合モジュールは小型で剛性の優れた光結合モジュールを提供する。
【００１５】
発明の第２の態様は、前記光機能部品が、光減衰器であることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００１６】
発明の第３の態様は、前記光機能部品が、面発光レーザ装置であることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００１７】
発明の第４の態様は、前記光ファイバ・ユニットは、第１及び第２の光ファイバ・ユニットを備え、前記レンズ・ユニットは第１及び第２のレンズ・ユニットを備え、前記第１の光ファイバ・ユニット、第１レンズ・ユニット、前記光機能部品、第２レンズ・ユニット、第２光ファイバ・ユニットの順に配列されていることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
上記モジュールはレンズ・ユニット、機能性光機能部品を容易に交換できるため、種々の光機能モジュールを提供できる。
【００１８】
発明の第５の態様は、前記コリメート・レンズから出射される光ビームは、広がり角度±2度以内の並行光線であり、該平行光線に対して所定の作用を及ぼす前記光機能部品の厚みは、前記コリメート・レンズの焦点距離の２倍以下であることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００１９】
発明の第６の態様は、前記コリメート・レンズは、レンズ中心に対して屈折率が略２乗分布をとることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００２０】
発明第７の態様は、前記コリメート・レンズが、レンズの片側又は両側の端部に無反射コーティングが施されていることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００２１】
発明の第８の態様は、前記コリメート・レンズは、グレーデッド・インデックス・ファイバ製であることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００２２】
発明の第９の態様は、前記一体化手段は、前記光ファイバ・ユニットに固定され、前記レンズ・ユニット、前記光機能部品、又は他のレンズ・ユニット及び他の光ファイバ・ユニットのフェルールのそれぞれに設けられた貫通孔に嵌合するガイドピンから成ることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００２３】
発明の第１０の態様は、前記一体化手段は、さらに前記光ファイバ・ユニット及び前記レンズ・ユニット、前記光機能部品を密着させるクリップ部材を備えることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００２４】
発明の第１１の態様は、前記一体化手段は、さらに、前記光ファイバ・ユニットのフェルールの一方に設けられ、前記レンズ・ユニット、前記光機能部品、又は他の光ファイバ・ユニットのフェルールに設けられた係合部と係合するラッチ部材を備えることを特徴とする機能性光結合モジュールである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いつつ本発明のレンズ交換型コリメータ及び機能性光結合モジュールについての説明を行う。
なお、以下の実施の形態は、あくまでも本発明の説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であれば、これらの各要素又は全要素を含んだ各種の実施の形態を採用することが可能であるが、これらの実施の形態も本発明の範囲に含まれる。
【００３１】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかるレンズ交換型コリメータ１の構成を示す斜視図である。レンズ交換型コリメータ１は、光ファイバ・テープ心線（以下光ファイバと略す）２、光ファイバ２を保持するフェルール３とから成る光ファイバ・ユニット４、例えば４個のコリメート・レンズ５、コリメート・レンズ５を保持するレンズ・ユニット７、及び光ファイバ・ユニット４とレンズ・ユニット７とを一体化する一体化手段を備える。
【００３２】
一体化手段は、フェルール３に設けられ、レンズ・ユニット７の貫通孔８を貫通するガイドピン９から成る。フェルールは光ファイバを固定して保持するプラスチック、セラミクス等で構成したブロックである。
【００３３】
光ファイバ・ユニット４は、サブミクロン単位（±０．１μｍ）の高位置精度を有するＭＴ（Mechanically Transferable）コネクタを基に製作したものであり、図１（ａ）では、例えば４本の光ファイバ１０を並列化した状態で保持する場合を示すが、これに限定されず、例えば、光ファイバ１０を１本のみを保持する構成の他、複数段に配置された複数本の光ファイバ１０を並列化した状態で保持する構成とすることも可能である。また、光ファイバ・ユニットは、ハウジングやクリップを備えるＭＰＯやＭＴ−ＲＪコネクタ等を基に製作することも可能である。
【００３４】
コリメート・レンズ５は、その屈折率が略２乗分布をとり、出射される光ビームが広がり角度±２度以内の平行光線となるように調製することができる。このように光ビームを平行光線とすることにより、複数個のレンズ交換型コリメータ１を対向配置させ、これらの間で光ビームを送受させる際の光の損失を最低限に抑制することが可能である。
【００３５】
また、コリメート・レンズ５は、片側又は両側に反射による光の損失を防止するための無反射コーティングが施されており、前述の光損失の防止をより確実にすることが可能である。
また、図１においては、コリメート・レンズ５は、所定の長さで切断したＧＩファイバ製とすることができるが、必ずしもこれに限定されない。
【００３６】
レンズ・ユニット７は、レンズを所定の間隔で例えば合成樹脂に埋め込んで固定したものであり、光ファイバ・ユニット４と同じくサブミクロン単位の高位置精度を有し、コリメート・レンズ５の保持位置は、光ファイバ１０との間で光の損失を最低限に抑制して光ビームを送受できるように厳密に調整されている。そのため、レンズの位置と光ファイバ心線の先端距離は必要により適時調整されている。
【００３７】
また、貫通孔８とガイドピン９の位置は、コリメート・レンズ５と光ファイバ１０の最適位置を保持するように厳密に調整されている。そして、図２（ｂ）に示すように貫通孔８をガイドピン９が貫通し、光ファイバ・ユニット４とレンズ・ユニット７とが一体化されることによりコリメート・レンズ５と光ファイバ１０は厳密に位置合わせされ、両者はこの最適位置で確実に保持される。
【００３８】
また、ガイドピン９は、さらに貫通孔８と同様の貫通孔を備える図示しない光機能部品、別のレンズ・ユニット、及び別の光ファイバ・ユニットを一体化するに足る長さを有する。従来、光機能部品を用いる際、その種類によって光学特性が異なり、これと一致する光学特性をもつコリメート・レンズと交換する必要があり当業者に多大な負担を強いている点は前述した。
【００３９】
これに対して、本発明のレンズ交換型コリメータ１は、前述のとおり、貫通孔及びガイドピンによりレンズ・ユニットの着脱及びレンズ・ユニット（コリメート・レンズ）と光ファイバ・ユニット（光ファイバ）の位置決めを正確に行える。従って、本発明のレンズ交換型コリメータ１は、それぞれ異なる光学特性をもつレンズを備えるレンズ・ユニットを複数個用意しておき、このレンズ・ユニットを交換することにより、種々の光機能部品に対応したレンズへの交換作業を平易且つ迅速に行うことができ、上記の問題点を解消可能である。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図２（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかる機能性光結合モジュール１１の構成を示す斜視図である。
機能性光結合モジュール１１は、図１で示した本発明の第１の実施形態にかかるレンズ交換型コリメータ１を２個用いたものである。
【００４１】
機能性光結合モジュール１１は、図１の光ファイバ・ユニット４と同様の光ファイバ・ユニット４−１及び４−２から成る光ファイバ部と、図１のレンズ・ユニット７と同様のレンズ・ユニット７−１及び７−２から成るレンズ部と、レンズ・ユニット７−１及び７−２と接触可能であり、所定の作用を及ぼした光ビームをレンズ・ユニット７−１又は７−２のコリメート・レンズ５へ入射させる光機能部品１１と、光ファイバ・ユニット４−１、レンズ・ユニット７−１、光機能部品１２、レンズ・ユニット７−２、及び光ファイバ・ユニット４−２を一体化し、互いの位置合わせを行う一体化手段と備える。
【００４２】
一体化手段は、光ファイバ・ユニット４−１のフェルールに設けられ、レンズ・ユニット７−１、光機能部品１２に設けられた貫通孔８を貫通し、光ファイバ・ユニット４−２のフェルールに設けられた穴部１３に挿入されるガイドピン９から成る。
【００４３】
また、本実施の形態では、一体化手段が前記のガイドピン９に加えてクリップ部材１４を備える場合を示している。クリップ部材１４は、レンズ・ユニット４−１及び４−２其々のフェルールに圧力を加えることにより光ファイバ・ユニット４−１、レンズ・ユニット７−１、光機能部品１２、レンズ・ユニット７−２、光ファイバ・ユニット４−２の位置を固定させる。これにより、ガイドピン９によって行われた位置決め及び状態保持をより確実にすることが可能である。
【００４４】
図２（ｂ）は、上記の一体化手段により光ファイバ・ユニット４−１、レンズ・ユニット７−１、光機能部品１２、レンズ・ユニット７−２、及び光ファイバ・ユニット４−２が一体化された状態、つまり２個のレンズ交換型コリメータによって光機能部品１２が狭持された状態を示す斜視図である。
【００４５】
また、本実施の形態においては、光機能部品１２は、例えば光の減衰量を自由に変更可能な可変光減衰器１２である場合を示している。可変光減衰器１２は、ＭＥＭＳ技術を用いて製作され、その厚みは、コリメート・レンズの焦点距離により規定される。本実施の形態にかかるコリメート・レンズ５（図１）の作動距離は例えば約５００μｍであり、これを備えるレンズ・ユニット７−１と７−２が理論的に最も小さな損失で光ビームを送受可能な距離、つまりレンズ・ユニット７−１と７−２の対向距離は、コリメート・レンズの作動距離の２倍である約１ｍｍとなる。従って、可変光減衰器１２の厚みは１ｍｍとなっている。
【００４６】
図３（ａ）は、可変光減衰装置１２の概要図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の可変光減衰装置１２の拡大図である。可変光減衰装置１２は、例えば櫛歯型アクチュエータ１５（１５−１、１５−２）と、駆動用バネ１６と、遮光板１７を備え、これらの部材は互いに接合されている。櫛歯型アクチュエータ１５（１５−１、１５−２）は、静電力で駆動し、駆動用１６バネとの反発力を利用して遮光板１７を移動させ、光の遮断面積を変化させることにより光ビーム１０３の減衰量を変化させる。
【００４７】
この可変光減衰装置１２は、図１に示したレンズ・ユニット７−１と７−２との間で送受される光ビーム１０３に対して正確に減衰作用を及ぼすように寸法、遮光板１６の位置等が厳密に調整されている。なお、図示しないが、遮光板１７の先端部形状を四角形に代えて任意の多角形状、例えば逆V字型とすることもできる。このような形状では光減衰量の偏波依存性を小さくすることができる。
【００４８】
（第３の実施形態）
図４（ａ）は、本発明の第３の実施形態にかかる光結合モジュール１８の構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
機能性光結合モジュール１８は、図２に示した本発明の第２の実施形態にかかる機能性光結合モジュール１１の一体化手段に変更を加えたものである。
【００４９】
図２の機能性光結合モジュール１１の一体化手段は、光ケーブル・ユニット４−２に設けられた穴部１３にガイドピン９が挿入される構成をとっていた。これに対して、機能性光結合モジュール１８の一体化手段は、図２の穴部１３に代えて光ファイバ・ユニット４−３のフェルールに設けらえた貫通孔８を貫通するガイドピン９と、貫通したガイドピン９を固定することにより全体を固定するキャップ状の固定部材１９とを備える構成をとる。
【００５０】
また、ガイドピン９にねじ山を設け、このねじ山に対応しためねじを固定部材１９の内面に設けることにより、ガイドピンと固定部材をより強く係合させる構成とすることも可能である。
【００５１】
なお、前述のとおり、本実施の形態にかかる機能性光結合モジュール１８の光ファイバ・ユニット４−３には貫通孔８が設けられ、一方、図２の機能性光結合モジュール１１の光ファイバ・ユニット４−１には穴部１３が設けられている点から、それぞれ異なった番号を付与し、両者を区別したが、両者の相違点は上記の点のみであり、その他の機能・構成等は同一である。
また、機能性光結合モジュール１８の光ファイバ・ユニット４−３以外の部材の機能・構成等も図２の機能性光結合モジュール１１の場合と同様である。
【００５２】
（第４の実施形態）
図５（ａ）は、本発明の第４の実施形態にかかる光結合モジュール２０の構成を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。機能性光結合モジュール２０は、図２に示した本発明の第２の実施の形態にかかる機能性光港内機能性光結合モジュール１１の一体化手段に変更を加えたものである。
【００５３】
図２の機能性光結合モジュール１１及び図４の機能性光結合モジュール１８の一体化手段は、クリップ部材１４を備える構成としていたが、機能性光結合モジュール２０の一体化手段は、クリップ部材１４に代えて光ファイバ・ユニット４−４に設けられたラッチ部材２１を備える。ラッチ部材２１は、光ファイバ・ユニット４−５に設けられ、内部に溝を備える係合部２２と係合することにより光ファイバ・ユニット４−４、レンズ・ユニット７−１、光機能部品１２、レンズ・ユニット７−２、光ファイバ・ユニット４−５を密着させる。
【００５４】
なお、光ファイバ・ユニット４−４の機能・構成等は、ラッチ部材２１が設けられている点以外は図２の光ファイバ・ユニット４−１と同一であり、光ファイバ・ユニット４−５の機能・構成等は、係合部２２が設けられている点以外は図２の光ファイバ・ユニット４−２と同一である。
また、機能性光結合モジュール２０の光ファイバ・ユニット４−４及び４−５以外の部材の機能・構成等も図２の機能性光結合モジュール１１の場合と同様である。
【００５５】
また、本図の光機能部品２０は、ラッチ部材２１を光ファイバ・ユニット４−４に設け、係合部２２を光ファイバ・ユニット４−５に設ける構成としているが、ラッチ部材２１を光ファイバ・ユニット４−５に設け、係合部材２２を光ファイバ・ユニット４−４に設ける構成とすることも可能である。
【００５６】
また、本実施の形態にかかるラッチ部材２１及び係合部２２は、図２の機能性光結合モジュール１１及び図４の機能性光結合モジュール１８に設けることも可能である。
【００５７】
（第５の実施形態）
図６（ａ）は、本発明の第５の実施形態にかかる機能性光結合モジュール２３の構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
光機能モジュール２３は、図２から図５で示した本発明の第２から第４の実施の形態にかかる機能性光結合モジュール１１、１８、及び２０が、図１で示した本発明の第１の実施形態にかかるレンズ交換型コリメータ１を２個備えるのに対し、１個のレンズ交換型コリメータ１を備える構成としたものである。
【００５８】
機能性光結合モジュール１１は、光ファイバ・ユニット４−６から成る光ファイバ部と、レンズ・ユニット７−３から成るレンズ部と、レンズ・ユニット７−３と接触可能であり、所定の作用を及ぼした光ビームをレンズ・ユニット７−３のコリメート・レンズ５へ入射させる光機能部品２４と、光ファイバ・ユニット４−６、レンズ・ユニット７−３、及び光機能部品２４を一体化し、互いの位置合わせを行う一体化手段と備える。
【００５９】
光ファイバ・ユニット４−６は、図１の光ファイバ・ユニット４に変更を加えたものであり、例えば縦５×横１２で配列された６０本の光ファイバ１０を保持しているが、光ファイバ１０の数量以外の構成・機能等は光ファイバ・ユニット４と同様である。
【００６０】
レンズ・ユニット７−３は、図１のレンズ・ユニット７に変更を加えたものであり、例えば縦５×横１２で配列された６０個のコリメート・レンズ５を保持しているが、コリメート・レンズ５の数量以外の構成・機能等はレンズ・ユニット４と同様である。
【００６１】
一体化手段は、光ファイバ・ユニット４−６のフェルールに設けられ、レンズ・ユニット７−３のレンズ・ユニットに設けられた貫通孔８を貫通し、光機能部品２４に設けられた穴部１３に挿入されるガイドピン９から成る。
【００６２】
また、本実施形態では、一体化手段が前記のガイドピン９に加えてクリップ部材２５を備える場合を示している。クリップ部材２５は、光ファイバ・ユニット４−６のフェルール及び光機能部品２４其々に圧力を加えることにより光ファイバ・ユニット４−６、レンズ・ユニット７−３、及び光機能部品２４を密着させる。これにより、ガイドピン９によって行われた位置決め及び状態保持をより確実にすることが可能である。
【００６３】
また、本実施形態においては、光機能部品２４は、複数個のレーザ発光素子が２次元的配列された面発光レーザ装置２４である場合を示している。
【００６４】
図７（ａ）は、面発光レーザ装置２４の構成を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の装置本体２６の正面拡大図である。面発光レーザ装置２４は、レーザの発振及び照射を行う装置本体２６、及びスペーサ２７を備える。装置本体２６は、例えば正面にGaAs等の半導体の積層薄膜から構成された６０個のレーザ発光素子２８を備え、これらのレーザ発光素子２８は、前述のコリメート・レンズ５や光ファイバ１０と同じく例えば縦５×横１２で配列されている。
【００６５】
スペーサ２７は、装置本体２６とレンズ・ユニット７−３（図６）との間に位置し、レーザ発光素子２８がレンズ・ユニット７−３へ向けてレーザ・ビームを照射する際、このレーザ・ビームが伝播する空間を設けるためのものであり、ガイドピン９（図６）が貫通する貫通孔８を備え、これにより容易且つ迅速に着脱交換が可能である。また、スペーサ２７の厚さは、レーザ・ビームの光特性によって規定され、一例としては２５０μｍのものが挙げられる。
【００６６】
これまでレーザ発光素子を２次元的に配置したレーザ装置は作製されてはいたが、コリメート・レンズと光ファイバとの光結合を低い損失で行うことが困難であり、そのためレーザ発光素子を２次元的に配置することが実用化されていなかった。
【００６７】
これに対して本実施の形態の面発光レーザ装置２４では、異なる厚みをもつスペーサを複数個用意しておき、レーザの光特性に適合したスペーサに交換することにより上記の問題を解消可能である。これに加えて、スペーサ２７は、前述のように着脱交換を容易且つ迅速に行うことが可能である点と、第１の実施の形態で述べたレンズ交換型コリメータ１の簡便性とにより更なる作業効率の改善が実現できる。
【００６８】
上記のような面発光レーザ装置２４は、装置本体２６とスペーサ２７の寸法調整及び位置決めを含め、コリメート・レンズ（図６）に対して正確にレーザ・ビームを入射できるようにコリメート・レンズ及びレンズ・ブロック７−３（図６）との寸法調整及び位置等が厳密に調整されている。
なお、本実施に形態においては、装置本体２６とスペーサ２７は別個の部材である場合を示したが、これに限定されず、両者を一体構造とすることも可能である。
【００６９】
（第６の実施形態）
図８（ａ）は、本発明の第５の実施形態にかかる機能性光結合モジュール２９の構成を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
機能性光結合モジュール２９は、調整手段に対して図４に示す第３実施形態にかかる機能性光結合モジュール１８の場合と同様の変更を加えたものである。
【００７０】
つまり、機能性光結合モジュール２９は、図７の穴部１３に代わる貫通孔８を面発光レーザ装置２６に設け、貫通孔８を貫通したガイドピン９をキャップ状の固定部材１９で固定する構成としたものであり、面発光レーザ装置２６の機能・構成等は、貫通孔８を設けた点を除いて図６及び図７の面発光レーザ装置２４と同様であり、その他の部材の機能・構成等についても図６の機能性光結合モジュール２３の場合と同様である。
【００７１】
また、ガイドピン９にねじを設け、このねじに対応しためねじを固定部材１９に設けることにより、ガイドピンと固定部材をより強く係合させる構成とすることも可能である。
【００７２】
（第７の実施形態）
図９（ａ）は、本発明の第５の実施形態にかかる機能性光結合モジュール３０の構成を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
機能性光結合モジュール３０は、調整手段に対して図５の第４の実施形態にかかる機能性光結合モジュール２０の場合と同様の変更を加えたものである。
【００７３】
つまり、機能性光結合モジュール３０は、図６及び図８のクリップ部材２５に代わるラッチ部材３１を光ファイバ・ブロック４−７に設け、さらに、内部に溝を備える係合部３２を面発光レーザ装置２４−２に設け、ラッチ部材３１を係合部３２と係合させることにより光ファイバ・ブロック４−７、レンズ・ユニット７−３、及び面発光レーザ装置２４−２を密着させる構成としたものである。
【００７４】
なお、光ファイバ・ブロック４−７の機能・構成等は、ラッチ部材３１を設けた点を除いて図６及び図８の光ファイバ・ブロック４−６と同様であり、面発光レーザ装置２４−２の機能・構成等は、係合部材３２を設けた点を除いて図６及び図７の面発光レーザ装置２４と同様であり、その他の部材の機能・構成等についても図６の機能性光結合モジュール２３及び図９の機能性光結合モジュール２９の場合と同様である。
【００７５】
また、本図の光機能部品３０は、ラッチ部材３１を光ファイバ・ユニット４−７に設け、係合部３２を面発光レーザ装置２４−２に設ける構成としているが、ラッチ部材３１を面発光レーザ装置２４−２に設け、係合部３２を光ファイバ・ユニット４−７に設ける構成とすることも可能である。また、本実施の形態にかかるラッチ部材３１及び係合部３２は、図６の機能性光結合モジュール２３及び図８の機能性光結合モジュール２９に設けることも可能である。
【００７６】
なお、上記の実施形態のおいては、機能性光結合モジュールが備えるレンズ交換型コリメータは、１個又は２個である場合を示したが、これに限定されず、３個以上のレンズ交換型コリメータを備える構成とすることも可能である。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明においては、機能性光結合モジュールを、上記のレンズ交換型コリメータと、このレンズ交換型コリメータと正確に一体化する光機能部品を備え、この光機能部品も自由に着脱できる構成とした。
【００７９】
また、光ファイバ部の光ファイバは、フェルール部材に保持されているため折損の危険性がなく、さらに、複数の光ファイバが単一のフェルールに並列化配置されているため機能性光結合モジュール自体の小型化も実現されている。
【００８０】
上記の点から、レンズだけでなく光機能部品も迅速且つ平易に交換可能であり、小型且つ耐久性に優れたレンズ交換型コリメータを備えた小型の機能性光結合モジュールを提供することが可能となった。
【００８１】
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態にかかるレンズ交換型コリメータの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図１（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第２の実施形態にかかる機能性光結合モジュールの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図２（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、可変光減衰装置の概要図である。
（ｂ）は、図３（ａ）に示す可変光減衰装置の拡大図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第３の実施形態にかかる機能性光結合モジュールの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図４（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第４の実施形態にかかる機能性光結合モジュールの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図５（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図６】（ａ）は、本発明の第５の実施形態にかかる機能性光結合モジュールの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図６（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は、面発光レーザ装置の構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図７（ａ）の装置本体の拡大図である。
【図８】（ａ）は、本発明の第６の実施形態にかかる機能性光結合モジュールの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図８（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第７の実施形態にかかる機能性光結合モジュールの構成を示す斜視図である。
（ｂ）は、図９（ａ）の全ての部材が一体化された状態を示す斜視図である。
【図１０】従来の光結合モジュール１００の概略図である。
【符号の説明】
１ レンズ交換型コリメータ
２ 光ファイバ・テープ心線（光ファイバ）
３ フェルール
４ 光ファイバ・ユニット
５ コリメート・レンズ
７ レンズ・ユニット
８ 貫通孔
９ ガイドピン
１０ 光ファイバ
１１、１８、２０、２３、２９、３０ 機能性光結合モジュール
１２ 可変光減衰装置
１３ 穴部
１４、２５ クリップ部材
１５ 櫛歯型アクチュエータ
１６ 駆動用バネ
１７ 遮光板
１９ 固定部材
２１、３１ ラッチ部材
２２、３２ 係合部
２４ 面発光レーザ装置
２５ 面発光レーザ本体
２６ レーザ装置本体
２７ スペーサ
２８ レーザ発光素子
１００ 従来の光結合モジュール
１０１ 従来の光吸収フィルタ
１０２ 従来のコリメータ
１０３ 光ビーム
Claims (11)
- 下記の部材を備えることを特徴とする機能性光結合モジュール。（ａ）１本以上の光ファイバを表面ではなく内部で保持するフェルールから成る、ワンピース構造の光ファイバ・ユニットと、（ｂ）前記光ファイバ・ユニットに面接触して接合可能であり、１個以上のコリメート・レンズを表面ではなく内部で保持する、ワンピース構造のレンズ・ユニットを１個以上備えるレンズ部と、（ｃ）前記レンズ・ユニットと面接触して接合可能な光機能部品と、（ｄ）前記光ファイバユニット、前記レンズ・ユニット、及び前記光機能部品を接合して一列状に一体化し、互いの位置合わせを行う一体化手段。
- 前記光機能部品が、光減衰器であることを特徴とする請求項１記載の機能性光結合モジュール。
- 前記光機能部品が、面発光レーザ装置であることを特徴とする請求項１記載の機能性光結合モジュール。
- 前記光ファイバ・ユニットは、第１及び第２の光ファイバ・ユニットを備え、前記レンズ・ユニットは第１及び第２のレンズ・ユニットを備え、前記第１の光ファイバ・ユニット、第１レンズ・ユニット、前記光機能部品、第２レンズ・ユニット、第２光ファイバ・ユニットの順に配列されていることを特徴とする請求項１記載の機能性光結合モジュール。
- 前記コリメート・レンズから出射される光ビームは、広がり角度±2度以内の並行光線であり、該平行光線に対して所定の作用を及ぼす前記光機能部品の厚みは、前記コリメート・レンズの焦点距離の２倍以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の機能性光結合モジュール。
- 前記コリメート・レンズは、レンズ中心に対して屈折率が略２乗分布をとることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の機能性光結合モジュール。
- 前記コリメート・レンズは、片側又は両側の端部に無反射コーティングが施されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の機能性光結合モジュール。
- 前記コリメート・レンズは、グレーデッド・インデックス・ファイバ製であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の機能性光結合モジュール。
- 前記一体化手段は、前記光ファイバ・ユニットに固定され、前記レンズ・ユニット、前記光機能部品、又は他のレンズ・ユニット及び他の光ファイバ・ユニットのフェルールのそれぞれに設けられた貫通孔に嵌合するガイドピンから成ることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の機能性光結合モジュール。
- 前記一体化手段は、さらに前記光ファイバ・ユニット及び前記レンズ・ユニット、前記光機能部品を密着させるクリップ部材を備えることを特徴とする請求項１から９に記載の機能性光結合モジュール。
- 前記一体化手段は、さらに、前記光ファイバ・ユニットのフェルールの一方に設けられ、前記レンズ・ユニット、前記光機能部品、又は他の光ファイバ・ユニットのフェルールに設けられた係合部と係合するラッチ部材を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の機能性光結合モジュール。
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