JP5546410B2 - Optical member, optical communication module using the same, and alignment method - Google Patents
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Description
本発明は、平面実装可能な光学部材、これを用いた光通信モジュール及び調芯方法に関する。 The present invention relates to an optical member that can be mounted on a plane, an optical communication module using the same, and an alignment method.
光ファイバを伝送媒体、半導体レーザを光源として、光通信は広く普及している。光通信において、通信端末からの電気信号は光信号に変換されて、半導体レーザから光ファイバに送信される。このような半導体レーザと光ファイバの入出力部にはコリメートレンズやシリンドリカルレンズなどの光学機能面を有する光学部材を用いて、高い結合効率で半導体レーザからの光束が光ファイバに導かれる。送信用や中継用の入出力部もしくは受信用の入出力部等は光通信モジュールとして組み立てられたものが使用されている。 Optical communication is widespread using an optical fiber as a transmission medium and a semiconductor laser as a light source. In optical communication, an electrical signal from a communication terminal is converted into an optical signal and transmitted from a semiconductor laser to an optical fiber. An optical member having an optical function surface such as a collimator lens or a cylindrical lens is used at the input / output portion of the semiconductor laser and the optical fiber, so that the light flux from the semiconductor laser is guided to the optical fiber with high coupling efficiency. A transmission / relay input / output unit or a reception input / output unit is assembled as an optical communication module.
一般的に、発光素子である半導体レーザの発光部の大きさは数μm程度、伝送媒体である光ファイバのコア径は10μm程度である。したがって、光通信モジュールの組み立ては、発光素子、光ファイバの取り付け部、および必要な光学部材を、正確に位置合わせする作業が必要である。水平面に平行な光路方向をZ軸方向、光路に直交する水平および垂直の方向をX軸方向およびY軸方向とした場合、すべての光学部材の光軸が一致するようにX軸方向およびY軸方向の位置合わせがなされていることが望ましい状態であり、光軸が一致した光通信モジュールは光学的にも高い結合効率が得られる。 In general, the size of the light emitting portion of a semiconductor laser that is a light emitting element is about several μm, and the core diameter of an optical fiber that is a transmission medium is about 10 μm. Therefore, the assembly of the optical communication module requires an operation for accurately aligning the light emitting element, the optical fiber mounting portion, and the necessary optical members. When the optical path direction parallel to the horizontal plane is the Z-axis direction and the horizontal and vertical directions orthogonal to the optical path are the X-axis direction and the Y-axis direction, the X-axis direction and the Y-axis are set so that the optical axes of all optical members coincide. It is desirable to align the directions, and an optical communication module having the same optical axis can achieve high optical coupling efficiency.
しかるに、半導体レーザの発光部の高さがばらつきを有するため、その高さ方向(Y軸)の光軸を合わせる調整が必要であり、高さ調整と調整後の固定は容易ではなかった。すなわち、水平方向(X軸)および光路方向(Z軸)の位置調整がX−Z平面を水平移動することによって可能であるのに対して、高さ方向(Y軸)の調整には、これとは別の微調整機構を設ける必要があった。さらに、小型化を目的として、平面実装可能な光学部材を平面ベンチに配置固定する光通信モジュールでは、小型化可能な位置調整機構でなければならず、かつ、その位置調整が容易な調整方法が望まれている。 However, since the height of the light emitting portion of the semiconductor laser varies, it is necessary to adjust the optical axis in the height direction (Y-axis), and it is not easy to adjust the height and fix it after adjustment. That is, position adjustment in the horizontal direction (X-axis) and optical path direction (Z-axis) is possible by horizontally moving the XZ plane, whereas in the height direction (Y-axis) adjustment, It was necessary to provide a fine adjustment mechanism different from the above. Furthermore, for the purpose of miniaturization, an optical communication module that arranges and fixes a planar mountable optical member on a flat bench must be a position adjustment mechanism that can be miniaturized, and there is an adjustment method that allows easy position adjustment. It is desired.
たとえば、特許文献1には光通信用モジュールにおける光ファイバ等の高さを調整固定する技術が記載されている。特許文献1においては、高さの異なる部材を複数個用意して選択する方法や、水平方向の位置を調整して仮決めした状態で高さ方向の位置を調整する方法が開示されている。前者の方法では複数の部材を用意して、どれが最適な部材であるかを確かめながら選択する必要があり、後者の方法では2つの部品をガイド溝によって組み合わせる必要があった。
For example,
このような位置合わせは光通信モジュールを構成する光学部材に対してそれぞれ必要であり、とくにレンズのように光路方向(Z軸)の位置(たとえば焦点位置)も重要な光学部材においては、水平方向(X軸)、高さ方向(Y軸)、および光路方向(Z軸)の位置調整もおこなわなければならず、光学系の光学部材が増加すると、きわめて煩雑な作業になっていた。 Such alignment is necessary for each optical member constituting the optical communication module, and particularly in an optical member in which the position in the optical path direction (Z-axis) (for example, the focal position) is important, such as a lens, the horizontal direction. Position adjustment in the (X axis), height direction (Y axis), and optical path direction (Z axis) must also be performed. When the number of optical members of the optical system increases, it is a very complicated operation.
そのため、複数の光学部材の光軸を合わせる調芯として、光学部材すべての光軸を一致するよう精密に配置する方法以外に、たとえば主要な光学部材を配置した後で光軸ずれを補正する方法もおこなわれる。光学部材すべての光軸が一致していない場合は、入射された光路に対して仮配置したレンズの光軸をわずかにずらすことによって、レンズを透過した光路が曲がり、次の光学部材へ向かう光路を光軸に近づけるように調整する。また、光軸ずれを補正するための調整用光学部材を追加配置する場合もある。特許文献2には、複数のプリズムを配置して光軸を補正できることが開示されている。 Therefore, as a method of aligning the optical axes of a plurality of optical members, in addition to a method of precisely arranging the optical axes of all the optical members to coincide, for example, a method of correcting the optical axis deviation after arranging the main optical members Also done. If the optical axes of all the optical members do not match, the optical path of the lens temporarily placed with respect to the incident optical path is slightly shifted, so that the optical path transmitted through the lens is bent and the optical path toward the next optical member Adjust so that is closer to the optical axis. Further, an adjustment optical member for correcting the optical axis deviation may be additionally arranged. Patent Document 2 discloses that an optical axis can be corrected by arranging a plurality of prisms.
しかしながら、このような光軸ずれを補正する方法においても、平面実装面での水平方向の光軸ずれを補正する作業は比較的容易であるのに対し、垂直方向の光軸ずれ補正は困難であった。 However, even in such a method for correcting the optical axis deviation, it is relatively easy to correct the optical axis deviation in the horizontal direction on the plane mounting surface, whereas it is difficult to correct the optical axis deviation in the vertical direction. there were.
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、垂直方向の光軸ずれを補正する調芯が容易にできて平面実装可能な光学部材、これを用いた光通信モジュール及び調芯方法、を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and includes an optical member that can be easily aligned and can be mounted in a plane, and an optical communication module and an alignment method using the same. The purpose is to provide.
本発明は上記課題を解決するため、位置調整に用いる基準面を有する光学部材において、前記光学部材はシリンドリカルレンズの屈折作用を有する光学機能面を有し、前記光学機能面は前記シリンドリカルレンズの母線方向に直交する光束の光路方向と、前記基準面に略平行な方向に前記シリンドリカルレンズの光軸面と、を有し、前記基準面は前記光束に対する前記光軸面の垂直位置を調整するとともに前記光学部材を固定する面であり、前記光束の光路方向に平行な面であるとともに、前記母線方向とは所定の角度θを有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides an optical member having a reference surface used for position adjustment, wherein the optical member has an optical functional surface having a refractive action of a cylindrical lens, and the optical functional surface is a generatrix of the cylindrical lens. And an optical axis direction of the cylindrical lens in a direction substantially parallel to the reference plane, and the reference plane adjusts a vertical position of the optical axis plane with respect to the luminous flux. wherein Ri surface der for fixing the optical member, with a surface parallel to the optical path direction of the light beam, wherein the generating line direction and having a predetermined angle theta.
「シリンドリカルレンズの屈折作用」とは、シリンドリカルレンズの母線方向(円柱の一部として近似的にみなした場合における円柱の中心線の方向)には屈折作用をもたず、母線方向に垂直な方向の断面形状は円弧状であり、その方向に光が屈折することにより、透過光が光軸面で直線状に集光するものである。したがって、入射された光束の光路が光軸面と一致していれば直進し、光路が光軸面からずれていれば、屈折作用により透過した光束の光路が異なるようになる。 “Refractive action of a cylindrical lens” means a direction perpendicular to the generatrix direction without any refractive action in the generatrix direction of the cylindrical lens (the direction of the center line of the cylinder when approximated as part of the cylinder) The cross-sectional shape is an arc shape, and light is refracted in that direction, so that transmitted light is linearly collected on the optical axis plane. Therefore, if the optical path of the incident light beam coincides with the optical axis surface, the light beam travels straight, and if the optical path is deviated from the optical axis surface, the optical path of the transmitted light beam is different due to refraction.
これにより、基準面を有する光学部材において、入射してくる光束の光路に対して光学機能面の相対位置を垂直方向に変化させることによって、光束に対する光軸面の垂直位置を調整できる。こうすれば、光軸ずれを補正し、最適な位置に固定することが可能となる。したがって、垂直方向の光軸ずれ補正が容易になる。 Accordingly, in the optical member having the reference surface, the vertical position of the optical axis surface with respect to the light beam can be adjusted by changing the relative position of the optical function surface in the vertical direction with respect to the optical path of the incident light beam. In this way, it is possible to correct the optical axis deviation and fix it at an optimum position. Therefore, it becomes easy to correct the optical axis deviation in the vertical direction.
また、前記基準面は、前記光束の光路方向に平行な面であるとともに、前記母線方向とは所定の角度θを有するため、実装平面上で光学部材を水平移動することによって光束に対する光軸面の垂直位置を調整することができる。 In addition, the reference plane is a plane parallel to the optical path direction of the light beam and has a predetermined angle θ with respect to the generatrix direction, so that the optical axis surface for the light beam can be obtained by horizontally moving the optical member on the mounting plane. The vertical position of can be adjusted.
前記光学機能面は、フレネルレンズ形状であることが好ましい。フレネルレンズとは、通常のレンズを分割し厚みを減らしたレンズの一般呼称であり、のこぎり状の断面をもっている。一般的な凸レンズを同心円状に分割したフレネルレンズの場合と同様に、シリンドリカルレンズを母線方向に分割して、シリンドリカルレンズの屈折作用をおこなわせることができる。こうすれば、薄型の光学設計が可能であり、薄型化および軽量化が可能である。 The optical functional surface is preferably a Fresnel lens shape. A Fresnel lens is a general term for a lens obtained by dividing a normal lens and reducing its thickness, and has a saw-like cross section. As in the case of a Fresnel lens in which a general convex lens is concentrically divided, the cylindrical lens can be divided in the generatrix direction to cause the refractive action of the cylindrical lens. In this way, a thin optical design is possible, and a reduction in thickness and weight is possible.
前記フレネルレンズ形状は、回折形フレネルレンズ形状であることも可能である。回折形レンズとは媒質内に位相格子を形成してレンズ効果をもたせたレンズで、バイナリレンズまたはグレーティングレンズとも呼称される。シリンドリカルレンズの屈折作用を有する回折形レンズ断面は、バイナリシリンドカルレンズとも呼ばれる形状である。こうすれば、薄い光学部材を半導体加工技術で製作することができるので、量産が容易となる。また、耐熱性や長期信頼性に優れたガラスまたはシリコンを用いることができるので、高い信頼性が要求される用途に対しても使用可能である。 The Fresnel lens shape may be a diffractive Fresnel lens shape. A diffractive lens is a lens having a lens effect formed by forming a phase grating in a medium, and is also called a binary lens or a grating lens. The cross section of the diffractive lens having the refractive action of the cylindrical lens has a shape called a binary cylindrical lens. In this way, a thin optical member can be manufactured by a semiconductor processing technique, so that mass production is facilitated. Moreover, since glass or silicon excellent in heat resistance and long-term reliability can be used, it can be used for applications that require high reliability.
本発明は、光伝送をおこなう光通信モジュールにおいて、光を発光する発光素子と、前記発光素子からの光を端面に受光する光ファイバの取り付け部と、本発明の光学部材と、を少なくとも有することを特徴とする。こうすれば、モジュール内の光学系を配置するモジュール組み立て工程において光軸ずれを補正する調整作業が容易な光通信モジュールを実現できる。 In an optical communication module that performs optical transmission, the present invention includes at least a light emitting element that emits light, an attachment portion of an optical fiber that receives light from the light emitting element on an end surface, and the optical member of the present invention. It is characterized by. By doing so, it is possible to realize an optical communication module in which an adjustment operation for correcting the optical axis deviation is easy in the module assembly process in which the optical system in the module is arranged.
さらに、前記発光素子はレーザビームを発振する半導体レーザであり、前記光学部材は前記半導体レーザのビーム形状を補正するビーム整形レンズであることが好適である。平面実装型のモジュールの場合、半導体レーザを平置きするとレーザビームは縦長の形状となり、このレーザビームを円形にするためのビーム整形レンズが光通信モジュールの高い結合効率に有効である。このビーム整形レンズに本発明の光学部材を用いることで、光軸ずれの補正機能を共用できる。こうすれば、構成部材を増やすことなく、光軸ずれを補正する調整作業が容易な光通信モジュールになるので、小型化に適している。 Further, it is preferable that the light emitting element is a semiconductor laser that oscillates a laser beam, and the optical member is a beam shaping lens that corrects a beam shape of the semiconductor laser. In the case of a planar mounting type module, when the semiconductor laser is placed flat, the laser beam becomes a vertically long shape, and a beam shaping lens for making the laser beam circular is effective for high coupling efficiency of the optical communication module. By using the optical member of the present invention for this beam shaping lens, the optical axis misalignment correction function can be shared. By doing so, the optical communication module can be easily adjusted without correcting the components, and is suitable for downsizing.
本発明は、光学系の光軸ずれを補正する調芯において、本発明の光学部材を用い、前記基準面の固定位置を略水平方向に移動する調整手段によって、前記光束の光路が前記光学部材を透過して垂直方向で変化することにより、前記光軸ずれを補正する調芯方法であることを特徴とする。 The present invention uses the optical member of the present invention in the alignment for correcting the optical axis deviation of the optical system, and the optical path of the light beam is adjusted by the adjusting means that moves the fixed position of the reference surface in a substantially horizontal direction. Is a centering method that corrects the optical axis deviation by transmitting in the vertical direction and changing in the vertical direction.
これにより、平面実装可能な光学部材を略水平方向に移動調整することによって、実装平面に垂直方向の光軸位置が変化して光束の光路を変化させることができる。したがって、垂直方向の微調整機構を別途設けることなく、垂直方向の調芯が容易になる。 Thus, by moving and adjusting the optical member that can be mounted in a plane in the substantially horizontal direction, the optical axis position in the direction perpendicular to the mounting plane can be changed to change the optical path of the light beam. Accordingly, vertical alignment is facilitated without providing a vertical fine adjustment mechanism.
本発明に係る光学部材は、基準面を有する光学部材において、入射してくる光束の光路に対して光学機能面の相対位置を垂直方向に変化させることができるので、光束に対する光軸面の垂直位置を調整できる。これにより、光軸ずれを補正し、最適な位置に固定することが可能となる。したがって、垂直方向の光軸ずれ補正が容易になる。 In the optical member according to the present invention, in the optical member having the reference surface, the relative position of the optical function surface can be changed in the vertical direction with respect to the optical path of the incident light beam. The position can be adjusted. This makes it possible to correct the optical axis deviation and fix it at an optimal position. Therefore, it becomes easy to correct the optical axis deviation in the vertical direction.
<第1の実施形態>
本発明の実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施形態における光学部材10を示しており、図2は本発明の第1の実施形態における光通信モジュール100の断面を示す模式図である。また、図3及び図4はシリンドリカルレンズの屈折作用を説明する光学原理図である。
<First Embodiment>
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an
図1は光学部材10の模式図である。図1に示すように、本実施形態における光学部材10は、光学機能面20および位置決め固定に用いられる基準面10aを有している。本実施形態における光学部材10は、基準面10aを水平面に固定することによって平面実装が可能である。
FIG. 1 is a schematic diagram of an
なお、本実施形態の説明において、光束の方向をZ軸方向と定義し、それに直交する水平及び垂直の方向をX軸方向及びY軸方向とする。光学部材10は、図1に示すように、光学機能面20が収束作用を有する凸レンズ形状の断面方向をもち、かつ、それに直交する断面方向において平レンズ形状のシリンドリカルレンズ形状である。ただし、Z軸を中心に少しだけ回転させた、角度θの傾きを有していることに特徴をもつ。
In the description of the present embodiment, the direction of the light beam is defined as the Z-axis direction, and the horizontal and vertical directions orthogonal thereto are defined as the X-axis direction and the Y-axis direction. As shown in FIG. 1, the
図2は光学部材10を用いた光通信モジュール100の模式断面図である。発光素子である半導体レーザ50、伝送媒体である光ファイバの取り付け部60、コリメートレンズ70、集光レンズ80及び本発明の光学部材10を有しており、それらの光学系は光軸12がほぼ一致するように基板90に水平配置されている。光学部材10は、基準面10aを基板90に固定している。光ファイバの取り付け部60には光ファイバ(図示せず)が取り付けられることにより、光通信システムに使用される。光通信モジュール100の光学系は、半導体レーザ50からの射出光が光ファイバに高い結合効率で入射できるように、組み立て時に調芯をおこなって固定されている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an
本実施形態における光学部材10の特徴を詳細に示すために、「シリンドリカルレンズの屈折作用」について説明する。シリンドリカルレンズとは円柱の一部を切り出した凸型のレンズ形状が基本原理的な形状である。シリンドリカルレンズの屈折作用は、円柱の一部として近似的にみなした場合における円柱の中心線の方向を母線方向と定義したとき、母線方向には屈折作用をもたない。
In order to show the characteristics of the
この光学作用の原理を図3及び図4を用いて説明する。図3(a)は単純な形状のシリンドリカルレンズ21の上面図、図3(b)は側面図である。Z方向に光路を有する平行光線に対し、シリンドリカルレンズ21の一方の光学面は垂直に配置された平レンズ形状である。幾何光学において、光軸とはレンズの両光学面に垂直な直線と定義される。すなわち、光軸に沿った光は屈折せずに通過する。Z方向に光路を有する平行光線に対し、X方向(シリンドリカルレンズの母線方向)に広がった平行光線は図3(a)に示すように屈折することなく透過するのに対し、Y方向(シリンドリカルレンズの凸レンズ断面形状方向)に広がった平行光線は図3(b)に示すように収束光線束になる。光学原理の説明において、凸レンズは一点に焦点を結び、焦点は光軸上にある。シリンドリカルレンズ21の場合は、収束光線束が直線状に集光され、この場合の集光位置を実効焦点面Fとする。したがって、実効焦点面Fの位置では、X方向の光束広がり分の長さをもった直線状の集光が得られる。シリンドリカルレンズ21の光軸12と直線状の集光とのなす面を光軸面と呼ぶ。図3でシリンドリカルレンズ21の光軸面はY方向がレンズ中心(光軸12)を通るX−Z平面である。
The principle of this optical action will be described with reference to FIGS. 3A is a top view of the
本明細書における光軸ずれの補正とは、各部品間で光軸が一致していないときに、途中の光路を曲げることにより光軸が一致している場合の光学状態に近づけることをいう。部品配置の位置で各部品の光軸を一致させる光軸合せと異なり、光路を曲げる光軸ずれの補正は反射や屈折の光学作用を利用する。光学部品の取り付けを調整して最適位置に固定する調芯において、わずかな光軸ずれ(配置位置ずれ)を、光路を曲げて補正することができる。次に、これについて説明する。 The correction of the optical axis deviation in this specification means that when the optical axes do not match between the parts, the optical state is brought close to the optical state when the optical axes match by bending the optical path in the middle. Unlike the optical axis alignment in which the optical axes of the components coincide with each other at the position of the component arrangement, the correction of the optical axis deviation that bends the optical path uses the optical action of reflection or refraction. In alignment that adjusts the attachment of the optical component and fixes it at the optimum position, slight optical axis deviation (arrangement position deviation) can be corrected by bending the optical path. Next, this will be described.
広がりをもたない光束を図3(b)のシリンドリカルレンズの光軸12(光軸面)に一致するように入射させた場合を考える。実効焦点面FのY方向位置は光軸12と一致するので、光束のY方向高さはレンズ透過後も光軸12と同一の高さのままで直進する。一方、図4に示すように、入射する光束30に対してシリンドリカルレンズ21をY方向(高さ方向)に移動させると、光束30に対して光軸ずれの配置21aあるいは21bのようになる。この場合、実効焦点面FのY方向位置はシリンドリカルレンズの光軸12aあるいは12bの高さに変化するから、Y方向(高さ方向)に光束30を曲げる作用となることがわかる。したがって、シリンドリカルレンズ21の光軸位置をY方向(高さ方向)にずらすように位置調整をおこなえば、入射した光束30をY方向(高さ方向)に曲げることができるので、Y方向(高さ方向)の光軸ずれを補正する調芯に利用できる。
Consider a case in which a light beam having no spread is incident so as to coincide with the optical axis 12 (optical axis surface) of the cylindrical lens in FIG. Since the position of the effective focal plane F in the Y direction coincides with the
いっぽう、シリンドリカルレンズを母線方向に移動しても光軸ずれが発生しないことは周知の光学原理である。すなわち、図3(a)に示す母線方向の場合は、いずれの位置に光束が入射しても光束は直進する。 On the other hand, it is a well-known optical principle that the optical axis does not deviate even if the cylindrical lens is moved in the generatrix direction. That is, in the case of the generatrix direction shown in FIG. 3A, the light beam goes straight no matter which position the light beam enters.
図1に示す光学部材10における光学機能面20は、上述のシリンドリカルレンズの屈折作用を有するレンズであり、光軸面がX軸方向に変化していることに本実施形態の特徴を有する。これにより、図1に示す光学部材10を水平なX−Z平面に基準面10aで固定する際に、X−Z平面に沿って光学部材10を移動させると、Z方向の移動では実効焦点面の位置がZ方向に移動し、X方向の移動では入射する平行光線をY方向に屈折させることができる。より具体的には、図1では、シリンドリカルレンズの屈折作用における母線方向22がX軸方向と角度θで傾斜している。母線方向22がX方向に対して角度θを有するので、X方向にΔX移動させたとき、Y方向の光軸位置のずれ(ΔY)は、ΔY=ΔX・tanθである。すなわち、光学部材10の固定位置をX方向に微調整することによって、Y方向の光軸ずれが補正できる。
The optical
これにより、基準面10aを有する光学部材10において、入射してくる光束30の光路に対して光学機能面20の相対位置を垂直方向に変化させることができるので、光束30に対する光軸面の垂直位置を調整できる。こうすれば、光軸ずれを補正し、最適な位置に固定することが可能となる。したがって、垂直方向(Y方向)の光軸ずれ補正が容易になる。なお、光軸ずれの補正量は光学系の配置状態によっても異なり、実効焦点面位置だけには限定されない。
Thereby, in the
図1において、角度θが0度の場合、X方向の移動でY方向の光軸ずれは補正できない。また、角度θが大きい場合は、X方向の移動に対してY方向の変化量が大きくなり、また所定の広がりを有する光束30ではθ方向に歪むことが無視できなくなってくる。したがって、角度θは、0度より大きく、30度以下が望ましい。より好ましくは、5度〜10度である。この範囲であれば、光学系の固定位置の微調整に適しており、光学系の結合効率への影響も小さい。こうすれば、実装平面上で光学部材10を水平に移動することによって光束30に対する光軸面の垂直位置を調整することができる。したがって、垂直方向の光軸ずれ補正が容易になる。
In FIG. 1, when the angle θ is 0 degree, the optical axis shift in the Y direction cannot be corrected by movement in the X direction. When the angle θ is large, the amount of change in the Y direction increases with respect to the movement in the X direction, and the
なお、基準面10aは微調整作業の基準となる取り付け面であり、平面実装において任意の位置で固定可能なように、図1における光学部材10の底面を平坦な基準面10a(取り付け面)としている。従来の調芯方法において、部品の設置面(基板面)と平行方向の移動は比較的容易であっても、これと垂直方向の移動が困難であった。垂直方向の調芯は、取り付け面と光軸中心までの高さの異なる部品を数種類準備し、選別して使うなどの方法をとることが多い。この場合は、連続的に微調整をおこなうことができず、最適な高さ調整が得られるものではなかった。したがって、本実施の形態における調芯方法は連続的に微調整ができることから、きわめて優れた効果を有している。
The
これまでも他のレンズ光軸からシリンドリカルレンズの光軸面だけを所定量ずらして配置する光学系の利用が知られていたが、その配置は反射光による性能低下を避ける等の理由によるものであった。本実施の形態においては、シリンドリカルレンズの光軸面を垂直方向に移動させることによって光軸ずれの補正をおこなうものであり、所定量をずらす光学系とは異質のものである。たとえば、あらかじめ光軸ずれがない状態に光軸が一致していれば補正は必要ないから、あらかじめ所定量ずらした光学系とは状態が異なる。また、光軸ずれがあった場合は必要な補正量になるように連続的な調整ができるとともに、高さ方向に移動するための機械的な上下動機構ではなく、水平方向に移動させる機構であることに本実施の形態での特徴を有する。 Up to now, it has been known to use an optical system in which only the optical axis surface of the cylindrical lens is shifted from the other lens optical axis by a predetermined amount. However, this arrangement is due to reasons such as avoiding performance degradation due to reflected light. there were. In the present embodiment, the optical axis shift is corrected by moving the optical axis plane of the cylindrical lens in the vertical direction, which is different from the optical system for shifting the predetermined amount. For example, if the optical axis coincides with a state in which there is no optical axis deviation in advance, no correction is necessary, so the state is different from an optical system that has been shifted a predetermined amount in advance. In addition, when there is a deviation of the optical axis, continuous adjustment can be made to achieve the required correction amount, and a mechanism that moves in the horizontal direction, not a mechanical vertical movement mechanism that moves in the height direction. There is a feature in this embodiment.
なお、光学機能面20を光学部材10の片面だけでなく、両光学面ともにシリンドリカルレンズ面としていてもよい。たとえば、片面が凸形状でもう一方は凹形状のシリンドリカルレンズ面とすることができる。また、シリンドリカルレンズも一般的なレンズと同様に、球面収差が問題になる場合に、収差を低減するように光学設計をおこなうことができる。したがって、厳密には「円柱」の一部を切り出した単純形状にならない場合もある。本明細書においては、円柱の一部や円柱面の単純形状に限らず、収差の少ない複雑な幾何学形状も含めてシリンドリカルレンズの屈折作用を有するものをシリンドリカルレンズと総称している。また、母線方向についても、単純なシリンドリカルレンズの母線と同様な方向に定義することにより、複雑な幾何学形状に対しても適用するものとする。
The
さらに、単純な直円柱のシリンドリカルレンズにおいては母線方向に垂直な方向で切断した断面形状が円弧になるが、角度θを有する光学部材10では垂直方向に切断した面が円弧になるように(斜円柱の)外形形状を設計することが可能である。また、この場合においても、球面収差を低減する幾何学形状が設計できる。こうすれば、角度θに関わらず、垂直方向に収束作用を有し、水平方向には角度θの母線をもったシリンドリカルレンズとすることができる。
Further, in a simple cylindrical cylindrical lens, the cross-sectional shape cut in the direction perpendicular to the generatrix direction is an arc, but in the
なお、シリンドリカルレンズの屈折作用を有する光学機能面20であれば、幾何学形状は限定されないが、本明細書においては、光束の光路方向とシリンドリカルレンズの屈折作用の方向関係を表すために、幾何学形状のシリンドリカルレンズの母線方向と法線方向を使っている。また、図1では光学機能面20が光学部材10の片面だけで構成されているが、光学部材10の両面に形成されてシリンドリカルレンズの屈折作用をおこなうものであってもよい。
The geometric shape is not limited as long as it is an optical
本実施の形態においては、光学機能面20はガラスを成形したレンズであり、光学部材10はレンズ一体型である。このようなレンズは光学部材10を整形するのと同時に一体整形してもよいし、レンズとレンズの取り付け部材に分けて製作したものを一体化してもよい。図5はレンズとレンズの取り付け部材に分けて製作した光学部材10の変形例であり、レンズとレンズの取り付け部材の接合面も基準面10bになっている。この基準面10bを固定してから配置すると図1の光学部材10と同じであるが、図5の場合は基準面10bを光軸ずれの補正に用いて、調整後に固定することもできる。
In the present embodiment, the optical
また、光学機能面20の素材はガラスのほか、プラスチック、樹脂、フッ化カルシウム、シリコンおよびシリコン化合物など、適用する光学波長に適したものを選定して使用することができる。なお、高信頼性が要求される場合には、ガラスやシリコンが適している。
In addition to glass, the material of the optical
<第2の実施形態>
光学部材10における光学機能面20はシリンドリカルレンズの屈折作用における母線方向と位置決め固定に用いられる基準面10aに角度θを有していれば、図1に示した実施形態に限定されるものではない。たとえば、基準面10aは水平でなくてもよい。図6は第2の実施形態における光学部材10の正面図である。
<Second Embodiment>
The optical
図6の光学部材10は、シリンドリカルレンズの屈折作用における母線方向が水平方向(X軸)であり、基準面10aは基部25と接している。基部25は固定面25bで水平面に実装され、光学部材10を支持する。基部25は、調整面25aと固定面25bとを有し、両面は角度θで傾斜している。したがって、調整面25aに沿って基準面10aを移動させることによって、光学機能面20はY方向にも移動することになる。これによって、入射する光束に対して光学機能面20の位置を調整できるように機能させることができる。したがって、光学部材10の固定位置をX方向に微調整することによって、Y方向の光軸ずれが補正できる。
In the
<第3の実施形態>
光学機能面20の位置をY方向に移動させるのに、X方向で移動する構成以外に、Z方向に移動する設計で構成してもよい。図7は第3の実施形態における光学部材10の側面図である。本実施の形態においては基準面10aがZ軸と角度θだけ傾斜するように配置されている。基部26及び調整面26aと固定面26bは、第2の実施形態における基部25及び調整面25aと固定面25bの傾斜方向だけが異なるものである。こうすれば、本実施の形態においても、入射する光束に対して光学機能面20の位置が調整できるように、機能させることができる。したがって、光学部材10の固定位置をZ方向に微調整することによって、Y方向の光軸ずれが補正できる。
<Third Embodiment>
In order to move the position of the
第1の実施形態〜第3の実施形態において、光学機能面20はシリンドリカルレンズ形状の幾何学形状面に限らない、たとえば屈折率分布型(GRIN:Gradient Index)レンズ面であってもよい。屈折率分布レンズはレンズ形状として図1、図2および図7に示すような凸形状になるとは限らないが、シリンドリカルレンズの屈折作用を有するものは上記と同様に適用できる。この場合の母線方向を幾何学形状からは定義できないが、上述の屈折作用原理にもとづく方向として広く解釈するものとする。
In the first to third embodiments, the optical
<第4の実施形態>
図8は第4の実施形態における光学機能面20を示すための模式図である。シリンドリカルレンズの凸形状の曲率を有する一次元のフレネルレンズ形状であり、Y方向に収束する屈折作用であることはこれまでに記載した第1の実施形態〜第3の実施形態と同様である。こうすれば、光学機能面20が薄く、光学部材10をより軽くすることができる。
<Fourth Embodiment>
FIG. 8 is a schematic diagram for illustrating an
<第5の実施形態>
図9は第5の実施形態における光学機能面20を示すための模式図である。光学機能面20は回折形レンズ形状を構成し、シリンドリカルレンズの屈折作用を有するものである。このような回折形レンズ形状は、バイナリフレネルレンズ形状と呼ぶこともできる。
<Fifth Embodiment>
FIG. 9 is a schematic diagram for illustrating an
回折形レンズは、波長の関数として位相が決まり、各段の膜厚が設定される。本実施の形態としては、位相数(段数)が4段〜8段の、マルチレベルのバイナリフレネルレンズ形状であることが望ましい。 The phase of the diffractive lens is determined as a function of wavelength, and the film thickness of each stage is set. In the present embodiment, it is desirable to have a multi-level binary Fresnel lens shape having 4 to 8 phases.
こうすれば、光学部材10が薄く軽くできる。さらに、半導体加工技術で製作することができるので、量産が容易となる。また、回折形レンズ形状に形成される基材はガラスである。なお、ガラスだけでなく、プラスチックやシリコンでもよい。シリコンは光通信に使用される光の波長領域(1.3μm、1.55μm、などの赤外領域)では透明であり,ガラスよりも大きな屈折率を持つので、より薄くできる。シリコンをレンズ基材として使用することで、半導体加工技術を用いて容易にサブミクロン精度の微細加工が可能である。ガラスまたはシリコンは耐熱性や長期信頼性に優れているので、高い信頼性が要求される用途に対しても使用可能である。
By doing so, the
<第6の実施形態>
図10は本発明に記載の光学部材10を光学部品のひとつとして適用した光通信モジュール110の断面を示す模式図である。表面実装型の光通信モジュール110であり、光学部材10、発光素子である半導体レーザ50、半導体レーザ固定台55、コリメートレンズ70、ビーム整形レンズ75、集光レンズ80、光ファイバ取り付け部60、と基板90およびハウジング95、とで構成されている。
<Sixth Embodiment>
FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross section of an
本発明の光学部材10はビーム整形レンズ75と集光レンズ80の間に配置され、半導体レーザ50から放射された光束が光ファイバ取り付け部60に固定された光ファイバに入射するように光軸合わせをおこなう。ここで、基板90は平坦な光学ベンチであり、設置する各光学部品は水平方向(光束の方向Zおよび光束に直交な方向X)に微調整されて、接着剤等によって固定される。なお、光ファイバはこの組み立て時に仮接続される場合と、組み立て時は調整用のモニタが取り付けられて、光ファイバを含まない場合のいずれであってもよい。
The
図10の光通信モジュール110において、光源である半導体レーザ50から出射されたビームは発散光であり、コリメートレンズ70によって平行光とされる。半導体レーザ50から出射されるビームは、垂直方向と水平方向では発散角が異なり、その断面形状は楕円形である。たとえば、図11に模式的に示すようなビーム形状になる。このように、コリメートレンズ70から射出される垂直方向Yのビーム広がりが水平方向Xのビーム広がりに比べて大きいために、シリンドリカルレンズ作用を有するビーム整形レンズ75を用いて円形のビーム形状に整形される。最適なビーム形状で光ファイバに集光されるように、光学部材10とビーム整形レンズ75の光学設計が最適化される。
In the
こうすれば、ビーム整形レンズ75と光学部材10とにより、円形のビーム形状に最適化をおこなうとともに、光学部材10は光学系の光軸ずれを補正する位置調整をおこなうことができる。したがって、モジュール内の光学系を配置するモジュール組み立て工程において光軸ずれを補正する調整作業が容易な光通信モジュールを実現できる。
In this way, the
なお、光学部材10はコリメートレンズ70とビーム整形レンズ75の間に配置されていてもよい。
The
<第7の実施形態>
本実施の形態における光学部材10はビーム整形レンズ75と同様のビーム整形作用を有するので、光学部材10がビーム整形レンズ75の効果を兼ねることが可能である。図12に光通信モジュール120の構成を示すように、光学部材10、発光素子である半導体レーザ50、半導体レーザ固定台55、コリメートレンズ70、集光レンズ80、とを用い、前記光学部材10はコリメートレンズ70からの射出光を円形のビーム形状に整形するとともに、光軸ずれを補正する調芯機能を兼ねている。
<Seventh Embodiment>
Since the
こうすれば、構成部材を増やすことなく、光軸ずれを補正する調整作業が容易になるので、小型化に適している。 By doing so, the adjustment work for correcting the optical axis deviation is facilitated without increasing the number of components, which is suitable for downsizing.
さらに、本実施の形態で詳述した光学部材10を用いた光軸ずれの補正方法は、光通信モジュールに限定されず、平面の光学ベンチに光学系を配置調整する場合に、広く適用可能な技術である。たとえば、ホログラフィーの応用システムや、レーザレーダ装置などでの光学系の平面実装において、光学部材10を光軸ずれ補正用に配置することができる。これにより、光学部材10の位置を基準面10aで略水平に微調整することで、基準面10aに垂直方向の光軸ずれの補正ができる。したがって、基準面10aに垂直方向の微調整機構を別途設けることなく光学系の最適配置が可能となる。
Furthermore, the optical axis misalignment correction method using the
また、本実施の形態で詳述した光学部材10は平面実装の光学系において適用可能であり、応用製品分野は光通信モジュールに限定されない。たとえば、光ディスクメモリ装置、複写機、光学式読取装置、レーザレーダ装置などに光学部材10を用いることができる。
The
第1の実施形態〜第7の実施形態で説明した平面実装とは組立工程における水平精度を規定したものではない。重力に対して略垂直な平面であればよい。また、組み立て固定後における上下方向は上述の平面実装方向に限定されず、また、応用製品使用時の光路方向は水平面でなくてもよい。 The planar mounting described in the first to seventh embodiments does not define the horizontal accuracy in the assembly process. Any plane that is substantially perpendicular to gravity may be used. Moreover, the up-down direction after assembly and fixing is not limited to the above-described plane mounting direction, and the optical path direction when using the applied product may not be a horizontal plane.
10 光学部材
10a、10b 基準面
12、12a,12b 光軸
20 光学機能面
21 シリンドリカルレンズ
22 母線方向
25、26 基部
25a、26a 調整面
25b、26b 固定面
30 光束
50 半導体レーザ
55 半導体レーザ固定台
60 光ファイバの取り付け部
70 コリメートレンズ
75 ビーム整形レンズ
80 集光レンズ
90 基板
95 ハウジング
100、110、120 光通信モジュール
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記光学部材はシリンドリカルレンズの屈折作用を有する光学機能面を有し、
前記光学機能面は前記シリンドリカルレンズの母線方向に直交する光束の光路方向と、前記基準面に略平行な方向に前記シリンドリカルレンズの光軸面と、を有し、
前記基準面は前記光束に対する前記光軸面の垂直位置を調整するとともに前記光学部材を固定する面であり、前記光束の光路方向に平行な面であるとともに、前記母線方向とは所定の角度θを有することを特徴とする光学部材。 In an optical member having a reference surface used for position adjustment,
The optical member has an optical functional surface having a refractive action of a cylindrical lens;
The optical functional surface has an optical path direction of a light beam orthogonal to a generatrix direction of the cylindrical lens, and an optical axis surface of the cylindrical lens in a direction substantially parallel to the reference surface,
The reference surface is Ri surface der for fixing the optical member as well as adjust the vertical position of the optical axis plane with respect to the light beam, as well as a plane parallel to the optical path direction of the light beam a predetermined angle from said generatrix direction An optical member having θ .
光を発光する発光素子と、
前記発光素子からの光を端面に受光する光ファイバの取り付け部と、
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の光学部材と、
を少なくとも有することを特徴とする光通信モジュール。 In an optical communication module that performs optical transmission,
A light emitting element that emits light;
An optical fiber attachment for receiving light from the light emitting element on the end face;
The optical member according to any one of claims 1 to 3 ,
An optical communication module comprising:
前記光学部材は前記半導体レーザのビーム形状を補正するビーム整形レンズであることを特徴とする請求項4に記載の光通信モジュール。 The light emitting element is a semiconductor laser that oscillates a laser beam,
The optical communication module according to claim 4 , wherein the optical member is a beam shaping lens that corrects a beam shape of the semiconductor laser.
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の光学部材を用い、
前記基準面の固定位置を略水平方向に移動する調整手段によって、
前記光束の光路が前記光学部材を透過して垂直方向で変化することにより、
前記光軸ずれを補正することを特徴とする調芯方法。 In alignment to correct the optical axis deviation of the optical system,
Using the optical member according to any one of claims 1 to 3 ,
By adjusting means for moving the fixed position of the reference surface in a substantially horizontal direction,
By changing the optical path of the luminous flux in the vertical direction through the optical member,
An alignment method, wherein the optical axis deviation is corrected.
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