JPH02502584A - マイクロレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロレンズ 本発明は、特に通信システムに基づく光ファイバ等で使用するためのマイクロレ ンズに関する。

レンズは、通常例えば光接続の特性を最適にするために光るためにレンズを設け る１つの方法は、ファイバの端部にビーズを溶接することを含む。溶接されたビ ーズは球状レンズに類似している。

しかしながら、例えばぴったりと整合された特性を有する非常に多数のレンズが 光スィッチにおいて必要とされる場合、個々のレンズを製作することが必要なの でこのようなレンズは不便である。レンズアレイを構成するための技術は、Ｓ　 ｈｉｏｎｏ他による文献（“Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ−ａｐｅｒｔｕｒｅｄｍｉ ｃｒｏ−Ｆ　ｒｅｓｎｅｌ　１ｅｎｓ　ａｒｒａｙｓ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　 ｂｙ　ｅｌｃｔｒｏｎｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”　、応用光学、　Ｖｏｌ、２Ｂ 　、　Ｎｏ、８　、１９８７年２月）に開示されている。この技術は比較的に非 常に複雑であり、実行するために特別な装置を必要とする。

その他のレンズアレイは、米国特許第３８９９７７８号明細書に記載されている 。特許明細書は、１面上で平行な波形または円筒を支持する同一の半分のプラス チック基体を含む多数のレンズアレイを示している。アレイハーフは１面上で平 行な波形または円筒を支持する面と共に配置されている。アレイハーフは９０° で交差する波形を支持する面の方向に配電され、結合されて波形の各交差部分で 方形のレンズレフトを形成する。この既知のレンズアレイの欠点は、アレイハー フ用の主モールドを形成するために複雑な加工技術を使用する必要があることで ある。別の欠点は、アレイの寸法に関してほとんど融通性がないことである。

本発明の目的は、容易に構成され、アレイの寸法に融通性を与え、特に一定の特 性のレンズアレイの形成に適したレンズ装置を提供することである。

本発明によると、レンズ装置は複数のレンズが第１の光ファイバおよび別の光フ アイバ間の交差点に設けられるように複数の別の長さの光ファイバと実質的に直 交し、光学的に協働する近さで配置された少なくとも１個の第１の長さの光ファ イバを含む。

本発明は、２個の直交するある長さを持つ光フアイバ部材の間の交差点にレンズ を形成できることを理解することによって実現される。そのように形成されたレ ンズの主軸は、交差点でファイバ部材の両方の縦軸に互いに直交する。ファイバ 部材が完全に交差点で直交しない場合でも、レンズ動作は達成されるが、交差点 におＩするファイバ部材間の角度は直角から外れるため、歪みの影響が徐々にレ ンズ特性を損なう。

本発明によるレンズ装置は容易に製作されるものであり、通常のレンズアレイ構 成により一定の光特性が得られる。

本発明はまた、装置に対してファイバ部材を簡単に付加または除去することによ って多種類の形態で本発明によるレンズ装置を構成できるので融通性における利 点を提供するものである。

便宜的に平行な軸を有するレンズのアレイが必要な場合には、別の光フアイバ部 材は交差点に形成されたレンズの軸が平行であるように互いに共面であってもよ い。その代りとしイバは交差点で十分に近接していなければならない。それらが 離れ過ぎている場合には、使用のときに第１のファイバを通過する光の大部分が 隣接する別のファイバを通過しないので、不十分で損失の多い動作を引起こす。

したがって、ファイバはレンズの第１のファイバを通過する光の大部分が別の隣 接したファイバも通過するように交差点において十分近接していることが好まし い。この明細書において限定されているように、ファイバは前記のように本発明 にしたがって光学的に協働する近さであることが理解されるべきである。

一般的にレンズを形成するファイバは、交差点においてそれぞれのファイバ直径 程度の距離内にある。いくつかの実施例において、ファイバは実際に交差点で接 触している。特定のレンズ装置において、必要ならば実験によって好ましい間隔 を容易に決定することができる。

一般にレンズ装置中の好ましくない反射効果を減少することが望ましい。この目 的を補助するために、交差点でのファイバ間に存在する可能性のあるいくつかの ギャップが適切な屈折率整合化合物で満たされてもよい。その代りまたは付加的 に、例えばファイバ面が適切な薄いフィルム反射防止被覆を設けられてもよい。

本発明によるただ１つの第１の光フアイバ部材を有するレンズ装置は一般的にレ ンズの直線的アレイを提供する。２次元のレンズアレイは第１のファイバ部材に 平行な別の光フアイバ部材をさらに付加することによって容易に形成されてもよ い。

したがフて、例えば全ての第１の光フアイバ部材が全ての別の光フアイバ部材と 交差するように配列されたＮ個の第１の長さの光ファイバおよびＭ個の別のある 長い光ファイバを含むレンズ装置はＮＸＭ個のレンズのアレイを提供する。

本発明の１つの利点は光ファイバを形成する技術が良く知られていることである 。均一な寸法および光学的特性を有する光ファイバを生成することは比較的容易 である。結果として非常に一定で予測可能な特性を備えたレンズアレイが本発明 にしたがって生成され得る。

光ファイバのいずれかが案内コアおよび屈折率の異なる周囲クラッドを備えた通 常の独立導波体として形成されることは本質的なことではない。しかしながら、 所望の動作波長の光が交差点レンズが機能するためにそれらの縦軸に直交するフ ァイバを通って伝送されることができる必要がある。

ファイバはガラス光ファイバであることが好ましい。光ファイバは断面が円形の ものでよい。その代りとしては、例えば光フアイバ部材は交差点レンズの縦軸に 沿った異なる断面曲率半径を有する表面を有し、それによって所望の予め定めら れ修正された光特性を有するレンズ構造を提供する面を有してもよい。非円形の 断面を有するファイバ部材は、例えば技術的に良く知られているように光ファイ バを線引きする前にファイバプレフォームを適切に成形することによって製作す ることができる。

１実施例において、第１の光フアイバ部材は１つの凸面、円筒形の面および１つ の平坦な面を備えた゛Ｄファイバと呼ばれる平面円筒形であり、別の光フアイバ 部材は同様にＤファイバであり、交差点レンズはそれらの平坦な表面で対接して ファイバが直交するように配置することによって形成されている。上記のように 、平坦な面は実際に交差点で接触してもしなくてもよい。

本発明によるレンズ装置は、例えば光学空間スイッチの構造で特別の応用を有す る。

本発明の実施例は、添付図面を参照して例によって詳細に示されている。

第１図は本発明によるレンズ装置の１構成の斜視図である。

第２図は第１図の構成で形成されたレンズの１集束動作を示すフォトグラフであ る。

第３図は本発明によるレンズ装置の別の構成の斜視図である。

第４ａ図および第４ｂ図はそれぞれ本発明のさらに別の実施例の斜視図および平 面図である。

第５図は異なる寸法の２個のファイバ間の交差点の斜視図である。

第６図およびＮ７図は、本発明にしたがってレンズ装置を構成するときに使用さ れてもよい２タイプのファイバの断面図である。

第１図は、各組の平坦な面が接合部であるように第２の組の５個の別の平面円筒 ファイバ２０乃至２４と平行かつ直交して互いに整列された１組の５個の平面円 筒形の“Ｄファイバ１０乃至１４を含むレンズ装置を示す。この装置は２５個の 交差点レンズの５×５個のアレイを提供する。簡単にするために、１５で示され るこれらの１つだけがファイバ１０と２０との間の交差点で示されている。その ように形成されたレンズ１５の主軸は交差点を通過するライン２５によって示さ れている。

第２図は第１図で示された方向におけるレンズ１５のフォトグラフであり、ファ イバ１０と２０との間の交差点におけるレンズ作用を示す。

レンズ装置における全てのレンズ軸が同じ方向である必要はない。第３図は１個 の円筒ファイバ３０に直交してそれぞれ分離して配置され、それによってそれぞ れ異なる方向の軸３３および８４を具備する２個のレンズを形成する２個の平面 円筒形のファイバ３１．３２を有する装置を示す。

光フアイバ自体のフレキシビリティのために本発明にしたがって異なる構成でレ ンズ装置を極めて自由に形成することができる。

例えば、第４ａ図およびｍＪｂ図の実施例において単一の平面円筒ファイバ４０ は、単一点４５で一致する軸４６乃至４９を具備した４個のレンズを形成するた めに４個の別のファイバ４１乃至４４に直交し周囲に湾曲している。このような 構成は、例えば点光源が複数の出力導波体に光を供給する必要がある場合に利用 できる。この例において点光源は点４５に位置され、出力は４個の導波体を介し て点光源に対して交差点レンズの反対側で軸４Ｂ乃至４９上に適切に配置される ことができる。

さらに本発明の利点は、交差点を形成しているファイバの寸法および光学特性を 適切に選択することによって所望の交差点レンズの特性を選択する自由度を有す ることである。例えば、ファイバは異なる曲率半径を有するように選択されても よい。

第５図は、それぞれ異なる曲率半径ｒＡおよびｒＢを存する２個の平面円筒ファ イバ５１．５２の交差点５Ｂに形成されたレンズを示す。

ファイバの光学特性はまた製造時にドーピングすることによって変化されること ができる。ドーピング技術は光フアイバ中に導波体コアを形成するために良く知 られている。したがって、これらの技術は例えばレンズ収差を減少するか、或は 本発明による装置のレンズ特性を修正するように特に設計された傾斜屈折率プロ フィールを与えるファイバを形成するために都合良く適用されてもよい。その他 の適用は当業者に明らかであろう。

本発明によるレンズ装置を構成する際に利用できるファイバは、交差点レンズの 特性が所望に応じてさらに修正されることができるように複雑な断面を有してい てもよい。

第６図および第７図は２例のファイバ断面を示す。第６図には、ファイバ６１は 曲率半径ｒｅ　　（凹）およびｒｃ−Ｃ凸）を有する凹凸面である。第７図にお いては、ファイバ７１は示されているように曲率半径ｒｐおよびｒｏ−Ｃ凸）を 有する凸凸面である。平面円筒ファイバはまた実効的に２つの曲率半径を有し、 平坦な面の半径は無限であることが理解されるであろう。非円形断面を有するこ れらおよびその他のファイバは、この技術分野において知られている技術によっ て線引きの前にファイバプレフォームを適切に成形することによって形成されて もよい。ファイバがファイバフオームから線引きされた場合、ファイバ面の品質 は非常に厳密に制御されることができ、極めて高品質のアニールされた表面仕上 げが容易に達成される。したがって、例えば通常のレンズのように特別に表面を 磨く必要はない。

その他の技術はまた本発明の実施例を構成する際に利用されてもよい。例えば、 第１図の構造は適当な透明マトリクス（ファイバよりも低い屈折率を有する）中 に各組のファイバを固定し、研磨されたカップラを製造するための既知の方法を 使用して接触面を設けることによって形成されてもよい。

本発明によって、任意の所望の寸法の並置されているが空間的に分離されたコリ メートレンズのアレイが容易にかつ便利に構成されることを可能にすることが理 解されるであろう。

このようなアレイは、例えば波長分割マルチプレクサ、デマルチプレクサおよび 光空間スイッチに適用される。その他の適用は当業者に明らかであろう。

国際調査報告 国際調査報告 ＧＳ　８８００９５８ ＳＡ　　　　２５５０７

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のレンズが第１および別の光ファイバ部材の間の交差点に提供される ように、複数の別の光ファイバ部材と実質的に形成し、光学的に協働する近さで 位置された少なくとも１個の第１の光ファイバ部材を含むレンズ装置。
2. （２）全ての第１のファイバ部材が全ての別のファイバ部材とのレンズ交差点を 有し、それによってＮ×Ｍ個のレンズアレイを提供するように配置されたＮ個の 第１の光ファイバ部材と、Ｍ個の別の光ファイバ部材とを含むレンズ装置。
3. （３）別の光ファイバ部材は実質的に共面である請求項１または２記載のレンズ 装置。
4. （４）第１の光ファイバ部材は交差点で別のファイバ部材の縦軸に直交する平面 において曲げられており、それによって湾曲されたレンズアレイを提供する請求 項１または２記載のレンズ装置。
5. （５）異なる断面を有する少なくとも２個の光ファイバ部材を含む請求項１乃至 ４のいずれか１項記載のレンズ装置。
6. （６）平面円筒光ファイバを含む請求項１乃至５のいずれか１項記載のレンズ装 置。
7. （７）全ての第１および別の光ファイバ部材は平面円筒形であり、第１および別 の光ファイバ部材の平面が互いに対面している請求項６記載のレンズ装置。
8. （８）ガラス光ファイバを含む請求項１乃至７のいずれか１項記載のレンズ装置 。
9. （９）均一でない屈折率プロフィールを有するファイバを含む請求項１乃至８の いずれか１項記載のレンズ装置。
10. （１０）実質的に上記において添付図面を参照して説明されたようなレンズ装置 。