JP5056778B2 - 光学素子及びその調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子及びその調整方法に関し、特に、設置固定した状態でレンズの位置を調整できる光学素子及びその光学素子におけるレンズ位置の調整方法に関する。

従来、光通信、光計測などの光学電子分野においては、半導体レーザなどの光源、ニオブ酸リチウムなどの誘電体結晶上に光導波路を形成した光変調器、光ファイバなどの光学部品を、レンズを用いて互いに光学的に結合することが行われている。

レンズの固定方法としては、レンズを保持する保持部材を固定位置に、半田等で直接固定する方法や、以下の特許文献１のように、固定位置に台座（ウェッジ板）を設け、該台座の傾斜面にレンズを保持する保持部材を、接着剤やレーザ溶接で接合固定する方法などがある。

レンズを直接固定する方法では、部品構成が簡単で、レンズ固定後の位置安定性が良いなどの利点があるものの、レンズや保持部材に対してサブミクロンオーダーの高い加工精度が要求され、さらには、レンズを多段に配置する場合には、各レンズにおける加工誤差の影響が蓄積されるという、不具合を生じる。

また、台座を用いるレンズ固定方法では、レンズや保持部材の加工誤差を、台座の位置調整により補正できる利点はあるものの、接合固定時における接着剤の硬化収縮や、レーザ溶接による熱膨張・収縮などにより、最適アライメント状態から１μｍ程度ずれた位置で固定されるという不具合を生じる。

また、コリメータの固定方法として、特許文献２に示すように、レンズを保持したシリンダ（円筒状の保持部材）の一部を、筐体である筒状体の空洞に挿入し、該シリンダの外周に設けられたフランジと該筒状体とを溶接固定する。そして、コリメータの光軸ずれを調整するため、コリメータの接合部周囲の任意の複数個所に対して外力を順次加え、光損失の低減が最大となる溶接個所を探し、該溶接個所のコリメータを挟んで反対側をレーザで点溶接することが開示されている。

しかしながら、特許文献２の調整方法では、コリメータの溶接個所に対して周方向の任意の方向からレーザ照射することが可能なように設定する必要があるため、コリメータの設置場所に制限がある。例えば、特許文献１のように、ケースなどの光学素子モジュールの筐体内にレンズを配置する際には、レーザ照射方向が限定するため、特許文献２に示すようなレンズの光軸調整方法は利用することができない。

特開２００４−２８６９６６号公報 特開２００２−１３９６４３号公報

本発明の目的は、上記問題を解決し、レンズを設置固定した状態であっても、レンズの位置を高精度かつ容易に調整可能な光学素子及びその調整方法を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、レンズと、該レンズを一端部で保持する筒状のレンズ保持部材と、該レンズ保持部材を貫通孔に貫通させて保持する支持部材とを有し、該レンズ保持部材と該支持部材とは該貫通孔の一端で接合されると共に、それ以外の該貫通孔の内面は該レンズ保持部材と非接触状態とし、前記接合された部分では、該レンズ保持部材の外周面はテーパ状の傾斜面を有し、該レンズが、該貫通孔の接合された部分とは反対の他端側から、該貫通孔の外部に突出した状態で保持されるように、該レンズ保持部材は、該貫通孔の接合された部分とは反対の他端側から外部に突出する突出部分を有していることを特徴とする光学素子である。

請求項２に係る発明では、レンズと、該レンズを一端部で保持する筒状のレンズ保持部材と、該レンズ保持部材を貫通孔に貫通させて保持する支持部材とを有し、該レンズ保持部材と該支持部材とは該貫通孔の一端で接合されると共に、それ以外の該貫通孔の内面は該レンズ保持部材と非接触状態とし、該レンズが、該貫通孔の接合された部分とは反対の他端側から、該貫通孔の外部に突出した状態で、該レンズ保持部材は該支持部材に保持されている光学素子の調整方法であって、該レンズをレーザ光を照射する側と反対側に移動調整する場合には、該接合された部分にレーザ光を照射し、該レンズをレーザ光を照射する側と同じ側に移動調整する場合には、該レンズ保持部材の該レンズと共に該貫通孔から突出した突出部分にレーザ光を照射し、該支持部材に対する該レンズの位置を調整すること特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項２に記載の光学素子の調整方法において、該レーザ光の照射は、光学素子を構成する筐体内に該支持部材を固定配置した後に行うことを特徴とする。

請求項１に係る発明により、レンズと、該レンズを一端部で保持する筒状のレンズ保持部材と、該レンズ保持部材を貫通孔に貫通させて保持する支持部材とを有する光学素子であって、該レンズ保持部材と該支持部材とは該貫通孔の一端で接合されると共に、それ以外の該貫通孔の内面は該レンズ保持部材と非接触状態とし、前記接合された部分では、該レンズ保持部材の外周面はテーパ状の傾斜面を有し、該レンズが、該貫通孔の接合された部分とは反対の他端側から、該貫通孔の外部に突出した状態で保持されるように、該レンズ保持部材は、該貫通孔の接合された部分とは反対の他端側から外部に突出する突出部分を有しているため、仮に、該支持部材を光学素子の筐体内に設置固定した状態であっても、該レンズ保持部材と該支持部材とを接合した接合部、並びに該貫通孔の外部にレンズと共に突出したレンズ保持部材の突出部において、少なくともそれらの一部には外部からレーザ光が照射できるため、レンズの位置調整を高精度かつ容易に実施することが可能となる。

さらに請求項１に係る発明により、該レンズ保持部材と該支持部材とを接合した接合部では、該レンズ保持部材の外周面はテーパ状の傾斜面を有するため、該傾斜面と該貫通孔の一端側の周縁部とで、該レンズ保持部材と該支持部材とを容易に線接触させることができ、レンズの位置調整に適した接触状態を実現することが可能となる。

請求項２に係る発明により、レンズと、該レンズを一端部で保持する筒状のレンズ保持部材と、該レンズ保持部材を貫通孔に貫通させて保持する支持部材とを有し、該レンズ保持部材と該支持部材とは該貫通孔の一端で接合されると共に、それ以外の該貫通孔の内面は該レンズ保持部材と非接触状態とし、該レンズが、該貫通孔の接合された部分とは反対の他端側から、該貫通孔の外部に突出した状態で、該レンズ保持部材は該支持部材に保持されている光学素子の調整方法であって、該レンズをレーザ光を照射する側と反対側に移動調整する場合には、該接合された部分にレーザ光を照射し、該レンズをレーザ光を照射する側と同じ側に移動調整する場合には、該レンズ保持部材の該レンズと共に該貫通孔から突出した突出部分にレーザ光を照射し、該支持部材に対する該レンズの位置を調整するため、レーザ光の照射方向が限定される場合であっても、該接合部分又は該突出部分のいずれかにレーザ光を照射することで、レンズの位置調整を高精度かつ容易に実施することができる。

請求項３に係る発明により、レーザ光の照射は、光学素子を構成する筐体内に支持部材を固定配置した後に行うため、筐体内に配置される支持部材等へのレーザ光の照射方向が極めて限られる状態であっても、レンズの位置調整を高精度かつ容易に実施することができる。

本発明に係る光学素子の一実施の形態を示す断面図である。 図１の光学素子の背面図である。 図１の光学素子のレンズ保持部材の突出部分にレーザ光を照射した状態を示す断面図である。 図１の光学素子の接合部分にレーザ光を照射した状態を示す断面図である。 本発明に係る光学素子の接合部分に関する第１の応用例を示す図である。 本発明に係る光学素子の接合部分に関する第２の応用例を示す図である。 本発明に係る光学素子の突出部分に関する応用例を示す図である。

本発明に係る光学素子及びその調整方法について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る光学素子の一実施の形態を示す断面図であり、図２は、図１の光学素子の背面図である。
本発明の光学素子は、レンズ２０と、該レンズを一端部で保持する筒状のレンズ保持部材３０と、該レンズ保持部材を貫通孔に貫通させて保持する支持部材４０とを有し、該レンズ保持部材３０と該支持部材４０とは該貫通孔の一端で接合されると共に、それ以外の該貫通孔の内面４１は該レンズ保持部材３０と非接触状態とし、該レンズ２０が、該貫通孔の接合された部分Ａとは反対の他端側から、該貫通孔の外部に突出した状態で、該レンズ保持部材は該支持部材に保持されていることを特徴とする。

本発明の光学素子は、図１に示すように、レンズ２０を所定位置に保持するためのレンズホルダ１０を少なくとも有している光学素子である。該レンズは、半導体レーザ、受光素子、光変調器や光ファイバなどの他の光学部品に入射又は出射する光波を、所定の位置・形状に導光する役割を担っている。したがって、レンズ１０の形状は、各種の用途に応じて種々の形状が採用できる。

レンズ２０は、レンズ保持部材３０の先端に保持されている。レンズ２０をレンズ保持部材に取り付ける方法は、例えば、接着剤による固定や、不図示のカバーとレンズ保持部材との間で狭持するなど、公知の技術を採用することができる。

レンズ保持部材３０の外形は、筒状の形状をしており、内周面３１と外周面３３とを有している。内周面３１は、図１又は２に示すように円筒形である必要は無く、レンズ２０を通過する光が、レンズ保持部材３０の内部空間を伝搬できるような空間があれば良い。

レンズ保持部材３０の外周面３３は、図１に示すように、レンズ２０を保持する側と反対側で、外径が徐々に大きくなるテーパ状の傾斜面３２を有している。外周面３３の形状についても、必ずしも図１に示すような円筒形と円錐形との組み合わせである必要はないが、少なくとも、図１に示すようなテーパ状の傾斜面３２を有することで、レンズ保持部材の外周面と、後述する支持部材４０の貫通孔の内面４１の周縁部４２とを、線状又は離散的な点状に接触させることが可能となり、レンズの位置調整の際に、両者の接触部分にレーザ光を照射することで、レンズ保持部材３０と支持部材４０との間の変位を発生し易くすることができる。

特に、図１に示すような円錐形のテーパ状の傾斜面３２は容易に加工することができ、製造コストを抑制することも可能である。

支持部材４０は、レンズ保持部材３０を貫通させる貫通孔を有すると共に、レンズ保持部材３０がレンズを保持している側と反対の他端側（図１の符号Ａの部分）で、レンズ保持部材を支持するよう構成されている。レンズ保持部材３０と支持部材４０とは、レーザ溶接又は半田等により、符号Ａの部分で接合されている。レンズ保持部材３０の外周に沿って連続的に接合しても良いし、特許文献２に示すように、離散的に点状に接合しても良い。

支持部材４０の貫通孔の内面４１と、レンズ保持部材３０の外周面３３とは、上述した両者の接合部分（符号Ａ参照）を除き、互いに非接触状態（空間Ｓを形成すること）となっている。これは、レンズの位置調整に際して、支持部材４０に対するレンズ２０の相対的移動を可能とするため、レンズ２０を保持するレンズ支持部材３０において、その周囲に配置される各種部材との接触（当接）を最小限とし、レンズ保持部材３０自体の変位や変形が容易に実現できるよう配慮されている。

また、支持部材４０にレンズ保持部材３０を保持した状態では、図１のようにレンズ２０が貫通孔から突出した状態で保持されるように、レンズ保持部材３０は、貫通孔の接合部分Ａとは反対の他端側から外部に突出する突出部分Ｂを有するように構成されている。

レンズ保持部材３０に突出部分Ｂを設ける理由は、当該突出部分にレーザ光の照射を行い、突出部分を含むレンズ保持部材自体の変形を行い、レンズ２０の位置を変位させるためである。レンズ２０の変位を効率良く行うためには、例えば、符号Ｂで示した部分の長さを長くし、レーザ光の照射位置とレンズ２０を保持する位置の距離をより大きくすることが好ましい。

支持部材４０は、光学素子を構成する部品として、光学素子内の所定位置に固定されている。固定方法としては、光学素子（光学部品を筐体内に収容する光学素子モジュールも含む）の本体又は筐体内の設置面６０に、支持部材４０を直接固定する方法だけでなく、特許文献１や図２に示すように、台座としての一対のウェッジ板５０の間に、支持部材４０を配置し固定する方法もある。以下では、ウェッジ板を用いた例を中心に説明する。また、各部材の固定方法は、筐体、ウェッジ板及び支持部材を構成する材料や形状などにも依存するが、例えば、ウェッジ板と筐体側との接合や、ウェッジ板の傾斜面５１と支持部材４０との接合は、接着剤による固着やＹＡＧレーザなどによるレーザ溶接が好適に利用できる。

ウェッジ板５０を用いる場合には、ウェッジ板の傾斜面５１と支持部材４０との接触位置を限定するため、図２のような角部４３を有するように支持部材４の外形を選択することが好ましい。

次に、レンズホルダ１０のレンズ２０の位置の調整方法について、図３又は図４を参照して説明する。

まず、レンズ保持部材３０と支持部材４０とを図１に示す符号Ａの部分（レンズ保持部材の周辺に沿って両者の接触位置を連続的に溶接しても良い。）をレーザ溶接などで固定し、両者を一体化する。また、この一体化作業の前後に、レンズ保持部材３０の所定位置にレンズ２０を固定する。

次に、支持部材４０を光学素子の設置面６０上にウェッジ板５０などを利用して固着する。各部品の加工誤差や固着に際しての接着剤の硬化収縮などの影響により、レンズ２０の位置が最適なアライメント状態から１μｍ程度ずれた位置で固定される場合がある。

図３に示すように、レンズ２０を矢印Ｃの方向、即ちレーザ光Ｌを照射する側と反対側に移動調整する場合には、矢印Ｃの方向と反対側に位置する符号Ａの場所にレーザ光Ｌを照射し、レンズ２０を移動させる。符号Ａの位置は、レンズ保持部材３０と支持部材４０とが接合されている場所の一部であり、レーザ光を照射することで、レンズ保持部材におけるレーザ光の照射位置と対称な位置、例えば、図３に示される符号４２が示す位置を支点としてレンズ保持部材３０が傾き、結果としてレンズ２０が移動することとなる。

他方、図４に示すように、レンズ２０を矢印Ｅの方向、即ちレーザ光Ｌを照射する側と同じ側に移動調整する場合には、レンズ保持部材３０の突出部分、特に、符号Ｄで示す、支持部材４０の貫通孔から突出部分の貫通孔側をレーザ光Ｌで照射し、突出部分全体を矢印Ｅ方向に湾曲させ、レンズ２０を移動させることが可能である。上述したように、レーザ光の照射位置とレンズ２０との距離が大きいほど、レーザ光照射によるレンズ２０の変位は大きくなる。

図３又は図４で示したように、本発明の光学素子におけるレンズの位置調整に際しては、レーザ光の照射位置は、レンズホルダ１０の上方側（レンズホルダ１０を設置した設置面６０と反対側）のみで十分であり、仮に、レンズホルダ１０が筐体内に配置され、支持部材等へのレーザ光の照射方向が極めて限られる状態であっても、前記接合部分又は前記突出部分のいずれかにレーザ光を照射することで、レンズの位置調整を高精度かつ容易に実施することができる。

図５又は図６は、本発明に係る光学素子の接合部分に関する応用例を示す図である。図５においては、レンズ保持部材２０を円筒状に形成し、その外周面３３の一部に、特許文献２と同様なフランジ３４を形成し、該フランジの先端を支持部材４０の一端部に固定するよう構成されている。

また、図６では、上記フランジ３４の先端を支持部材４０に直接固定するのではなく、特許文献２のようにリング状の中間体７０を介して、レンズ保持部材３０と支持部材４０とを接合するものである。

図５又は図６のいずれを採用することも可能であるが、フランジ３４と支持部材４０との接続構造を、例えば、離散的な突起部を介して接続させるように、複雑なものとする場合には、リング状の中間体７０に複雑な構造を担わせることも可能である。

図７は、レンズ保持部材３０の突出部分の応用例、特に、レーザ光Ｌを照射する位置の近傍におけるレンズ保持部材の形状に関するものである。

図７に示すように、レンズ保持部材３０の外周面に、凹部３５やＶ溝を形成し、該凹部等にレーザ光を照射することで、レンズ保持部材におけるレーザ光の照射位置と対称な位置にある凹部等を支点に容易にレンズ保持部材の突出部分を折り曲げることが可能となる。

以上のように、本発明の光学素子及びその調整方法によれば、レンズを設置固定した状態であっても、レンズの位置を高精度かつ容易に調整可能な光学素子及びその調整方法を提供することができる。

１０ レンズホルダ
２０ レンズ
３０ レンズ保持部材（インナーパイプ）
３１ 内周面
３２ テーパ状の傾斜面
３３ 外周面
３４ フランジ
３５ 凹部
４０ 支持部材
４１ 内周面
４２ 周縁部
５０ ウェッジ板
６０ 設置面
７０ リング状の中間体
Ｌ レーザ光

Claims (3)

1. レンズと、
   該レンズを一端部で保持する筒状のレンズ保持部材と、
   該レンズ保持部材を貫通孔に貫通させて保持する支持部材とを有し、
   該レンズ保持部材と該支持部材とは該貫通孔の一端で接合されると共に、それ以外の該貫通孔の内面は該レンズ保持部材と非接触状態とし、
   前記接合された部分では、該レンズ保持部材の外周面はテーパ状の傾斜面を有し、
   該レンズが、該貫通孔の接合された部分とは反対の他端側から、該貫通孔の外部に突出した状態で保持されるように、該レンズ保持部材は、該貫通孔の接合された部分とは反対の他端側から外部に突出する突出部分を有していることを特徴とする光学素子。
2. レンズと、
   該レンズを一端部で保持する筒状のレンズ保持部材と、
   該レンズ保持部材を貫通孔に貫通させて保持する支持部材とを有し、
   該レンズ保持部材と該支持部材とは該貫通孔の一端で接合されると共に、それ以外の該貫通孔の内面は該レンズ保持部材と非接触状態とし、
   該レンズが、該貫通孔の接合された部分とは反対の他端側から、該貫通孔の外部に突出した状態で、該レンズ保持部材は該支持部材に保持されている光学素子の調整方法であって、
   該レンズをレーザ光を照射する側と反対側に移動調整する場合には、該接合された部分にレーザ光を照射し、該レンズをレーザ光を照射する側と同じ側に移動調整する場合には、該レンズ保持部材の該レンズと共に該貫通孔から突出した突出部分にレーザ光を照射し、該支持部材に対する該レンズの位置を調整すること特徴とする光学素子の調整方法。
3. 請求項２に記載の光学素子の調整方法において、該レーザ光の照射は、光学素子を構成する筐体内に該支持部材を固定配置した後に行うことを特徴とする光学素子の調整方法。

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