JPH0588049A - 光フアイバアレイとレンズアレイの結合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバアレイとレンズアレイとの結合構
造に関し、位置合わせ作業が簡単な結合構造を提供する
ことを目的とする。 【構成】 両面凸レンズ15が所定のピッチでガラス板11
に配列形成されてなるレンズアレイ10と、前記両面凸レ
ンズ15と同形状，同ピッチで、両面凸レンズ25が他のガ
ラス板21に配列形成されてなるレンズアレイ20と、両面
凸レンズ15の並列ピッチに等しいピッチで、光ファイバ
31が並列してなるファイバアレイ30とを具備し、双方の
レンズアレイ10,20 は、一方のレンズアレイ10のそれぞ
れの球冠12が、他方のレンズアレイ20の４つの球冠22の
間に挿入係合した状態で重畳し一体に固着され、一方の
レンズアレイ10の外側面に並列した選択した４つ球冠12
が取り囲む平坦面に、それぞれの光ファイバ31の端面35
が当接した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバアレイとレ
ンズアレイとの結合構造に関する。光機器に用いられる
発光・受光素子と光ファイバ間の光学的結合は、通常レ
ンズを介して行われる。一方、近年は多数の光信号を同
時に伝送することが要求されるに伴い、多数の光ファイ
バを配列した光ファイバアレイと多数のレンズを配列し
たレンズアレイとが、ともに提供されている。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の光ファイバとレンズとの結
合方法を示す断面図である。図５において、細長い直方
体状のレンズホルダ５に横一列に孔を等ピッチで穿孔
し、それぞれの孔にレンズ２を圧入してレンズアレイと
している。

【０００３】一方、細長い直方体状のファイバホルダ３
に、段付孔3Aをそれぞれのレンズ２に対応して穿孔し、
段付孔の細孔部に光ファイバ１を、大径部にファイバ芯
線部1Aをそれぞれ挿入し、接着剤４で固着することで光
ファイバアレイとしている。

【０００４】なお、ファイバホルダ３の底面から光ファ
イバ１の軸心までの高さと、レンズホルダ５の底面から
レンズ２の中心までの高さを等しくしてある。上述の光
ファイバアレイとレンズアレイとを結合させるには、従
来はまず基台６上にファイバホルダ３を載せてレーザ溶
接等し、光ファイバアレイを基台６に固着する。

【０００５】次にレンズホルダ５を基台６に位置合わせ
して載せる。また、レンズアレイの両端のレンズ２のそ
れぞれに対応して光源をセットするとともに、対応する
光ファイバ１の端末に光検出装置８を接続する。

【０００６】そして、それぞれの光ファイバ１の出力が
最大になるように、レンズホルダ５を基台６上でＸ軸及
びＺ軸方向に移動調整し、調整が終了した状態でレンズ
ホルダ５を基台６にレーザ溶接等して固着している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来の光結合
方法は、光源をレンズアレイ側に、光検出装置を光ファ
イバ側に接続セットするのであるから、この段取り作業
が非常に煩雑であり、またレンズホルダを基台上でＸ軸
及びＺ軸方向に移動して行う調整作業に、多大の時間を
要するという問題点があった。

【０００８】本発明はこのような点に鑑みて創作された
もので、位置合わせ作業が簡単な光ファイバアレイとレ
ンズアレイの結合構造を提供することを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、図１に図示したように、ガラス板11の両
面に対向して球冠12が形成されたことで、両面凸レンズ
15が所定のピッチでマトリックス状または千鳥に、ガラ
ス板11に配列形成されてなるレンズアレイ10と、他のガ
ラス板21の両面に対向して球冠22が形成されたことで、
レンズアレイ10の両面凸レンズ15と同形状, 同ピッチ
で、両面凸レンズ25がガラス板21に配列形成されてなる
レンズアレイ20と、両面凸レンズ15の並列ピッチに等し
いピッチで光ファイバ31が並列してなるファイバアレイ
30とを備えたものである。

【００１０】そして、双方のレンズアレイ10,20 は、一
方のレンズアレイ10のそれぞれの球冠12が、他方のレン
ズアレイ20の４つの球冠22の間に挿入係合した状態で重
畳し一体に固着され、一方のレンズアレイ10の外側面に
並列した選択した４つ球冠12の中央部の平坦面に、それ
ぞれの光ファイバ31の端面35が当接して、光ファイバ31
が他方のレンズアレイ20の両面凸レンズ25に光結合され
た構成とする。

【００１１】また、図３に例示したように、ガラス板41
の両面に対向して球冠12が形成されたことで、両面凸レ
ンズ45が所定のピッチでマトリックス状または千鳥に、
ガラス板41に配列形成されてなるレンズアレイ40と、他
のガラス板51の両面に対向して球冠52が形成されたこと
で、レンズアレイ40の両面凸レンズ45と同形状, 同ピッ
チで、両面凸レンズ55がガラス板51に配列形成されてな
るレンズアレイ50と、両面凸レンズ45の並列ピッチに等
しいピッチで光ファイバ61が並列し、それぞれの光ファ
イバ61の端末が所望角の傾斜端面65に形成されたファイ
バアレイ60とを備えたものである。

【００１２】そして、双方のレンズアレイ40,50 は、一
方のレンズアレイ40のそれぞれの球冠42が、他方のレン
ズアレイ50の４つの球冠52の間に挿入係合し、且つ他方
のレンズアレイ50の第１列の両面凸レンズ55A が露出す
るようにずれた状態で重畳し一体に固着され、それぞれ
の光ファイバ61は、一方のレンズアレイ40の外側面に並
列した球冠列の間に横倒しに係合し、傾斜端面65が他方
のレンズアレイ50の第１列の両面凸レンズ55A に対向し
た状態で、一方のレンズアレイ40に固着され、光ファイ
バ61が他方のレンズアレイ50の第１列の両面凸レンズ55
A に光結合された構成とする。

【００１３】

【作用】第１の本発明の両面凸レンズの配列ピッチは、
両面凸レンズの直径と光ファイバの直径の和に等しいも
のとする。

【００１４】そして、両面凸レンズの形状及び並列ピッ
チが等しい、２つのレンズアレイを重ね、一方のレンズ
アレイの球冠を相手のレンズアレイの４つの球冠の間に
挿入係合させている。

【００１５】よって、光ファイバをレンズアレイに垂直
にして、一方のレンズアレイの外側面に並列した選択し
た４つ球冠の中央部に差し込むと、球冠の曲面がガイド
となって光ファイバが４つの球冠に外接した状態で、そ
の端面がガラス板の面に当接する。

【００１６】したがって、自動的に光ファイバの軸心が
他方のレンズアレイの両面凸レンズの軸心に一致するの
で、両面凸レンズと光ファイバとの光結合効率が高い。
光ファイバの位置合わせ作業を必要としない。

【００１７】また、第２の発明の両面凸レンズの配列ピ
ッチは、両面凸レンズの球冠の直径と光ファイバの直径
の和よりも小さいものとする。そして、両面凸レンズの
形状及び並列ピッチが等しい２つのレンズアレイを、第
１列の両面凸レンズが裸出するようにずらして重ね、一
方のレンズアレイの球冠を相手のレンズアレイの４つの
球冠の間に挿入係合させている。

【００１８】よって、光ファイバを横にして一方のレン
ズアレイの外側の球冠列の間に挿入すると、光ファイバ
の軸心が他方のレンズアレイの両面凸レンズ列に平行と
なり、第１列の両面凸レンズ55A の軸心に直交する。

【００１９】したがって、光ファイバを一方のレンズア
レイ上で前後方向の移動調整するだけて、光ファイバの
傾斜端面が第１列の両面凸レンズに対向する。よって、
光ファイバの傾斜端面で光が９０度の方向に反射して光
ファイバと第１列の両面凸レンズ間で光の授受が行われ
る。

【００２０】

【実施例】以下図を参照しながら、本発明を具体的に説
明する。なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を示
す。

【００２１】図１は本発明の実施例の図で、(A) はレン
ズアレイの平面図、(B) は組立後の断面図、図２は本発
明の実施例の斜視図である。図３は本発明の他の実施例
の図で、(A) は組立後の平面図、(B) は組立後の断面
図、図４は本発明の他の実施例の斜視図である。

【００２２】図１において、10は、ガラス板（感光性ガ
ラス）11の両面に球冠12を対向して形成することで、両
面凸レンズ15を所定のピッチＰで千鳥に、ガラス板11に
配設したレンズアレイである。

【００２３】この両面凸レンズ15の配列ピッチＰは、両
面凸レンズ15の直径（即ち球冠12の直径）と後述する光
ファイバ31の直径の和に等しい。20は、他のガラス板
（感光性ガラス板）21の両面に球冠22を対向して形成す
ることで、前記レンズアレイ10の両面凸レンズ15と同形
状, 同ピッチで、両面凸レンズ25を千鳥にガラス板21に
配設したレンズアレイである。

【００２４】なお、これらのレンズアレイ10,20 は、円
形の不透明部をもつフォトマスクを通して感光性ガラス
板に平行紫外線を照射して熱処理し、紫外線のあたらな
かった部分を、ガラス板の両面に球状に盛り上げらせて
球冠を設け、両面凸レンズを配列形成したものである。

【００２５】そして、図１の(B) に図示したように、一
方のレンズアレイ10のそれぞれの球冠12を他方のレンズ
アレイ20の４つの球冠22の間に挿入係合して、レンズア
レイ10をレンズアレイ20に重畳し、その状態で紫外線硬
化型接着剤等の接着剤９を用いて、両レンズアレイ10,2
0 を一体に固着している。

【００２６】30は、複数の光ファイバ（外径は約125 μ
m)31が両面凸レンズ15の並列ピッチに等しいピッチＰで
配列し、合成樹脂32で一体に固着した帯状のファイバア
レイである。このファイバアレイ30は、端末の合成樹脂
32を剥離してそれぞれの光ファイバ31を所望長だけ裸出
させている。

【００２７】一体化したレンズアレイ10,20 に垂直にな
るように上述のファイバアレイ30を取付け、それぞれの
光ファイバ31の端面を一方のレンズアレイ10の外側面に
あてて、並列した選択した４つ球冠12の間に差込んでい
る。

【００２８】このことで光ファイバ31の先端が球冠12の
曲面にガイドされ、４つの球冠12に外接した状態で光フ
ァイバ31の端面35が、ガラス板11の平坦面に当接してい
る。このように光ファイバ31の先端部が一方のレンズア
レイ10の球冠12に外接しているので、光ファイバ31の軸
心は他方のレンズアレイ20の両面凸レンズ25の軸心に一
致し、両面凸レンズ25と光ファイバ31とが光結合状態と
なっている。よって光ファイバ31の位置を調整する必要
がない。

【００２９】なお、ガラス板11の板厚は、レンズアレイ
20の両面凸レンズ25の焦点距離に、光ファイバ31の端面
が位置するような、両面凸レンズの諸元から計算で得ら
れた所定の板厚に設定されたものである。

【００３０】一方、図１の(B) に図示した光素子アレイ
80-1は、発光素子81-1がピッチＰで配列した発光素子ア
レイである。このような光素子アレイ80-1をレンズアレ
イ20に対向して設置することで、それぞれの発光素子81
-1の出射光はレンズアレイ20の両面凸レンズ25を介し
て、ファイバアレイ30の対応した光ファイバ31に伝送さ
れる。

【００３１】なお、ファイバアレイ30は、光ファイバ31
を合成樹脂32で固着配列したものとは限らない。例え
ば、細長い直方体状の金属又はセラミックス等よりなる
ファイバホルダに、両面凸レンズの配列ピッチに等しい
ピッチで貫通孔又はＶ溝を並列して設け、それぞれの貫
通孔又はＶ溝にそれぞれ光ファイバを挿入固着したファ
イバアレイとしたもので、何ら支障がない。

【００３２】さらにまた本発明は、板状のファイバホル
ダにマトリックス状に貫通孔を設け、それぞれの貫通孔
に光ファイバの先端近傍を挿着したファイバアレイに適
用し得るものである。

【００３３】図２に示す光装置は、ケース90の底板に、
レンズアレイ10とレンズアレイ20とを重ねて一体化した
レンズアレイと、発光素子81-1が配列した光素子アレイ
80-1とを、所定の間隙を隔てて垂直に対向して設置して
いる。

【００３４】一方、レンズアレイに対向するケース90の
側壁に孔91を穿孔し、この孔91にファイバアレイ30を挿
入し、それぞれの光ファイバ31の先端を、レンズアレイ
10の外側面にあてて並列した選択した４つ球冠の間に差
込み、その状態で接着剤99を用いてファイバアレイ30を
孔91に接着固定したものである。

【００３５】図３において、40は、ガラス板（感光性ガ
ラス）41の両面に球冠42を対向して形成することで、両
面凸レンズ45を所定のピッチＰでマトリックス状にガラ
ス板41に配設したレンズアレイである。

【００３６】この両面凸レンズ45の配列ピッチＰは、両
面凸レンズ45の直径（即ち球冠42の直径）と後述する光
ファイバ61の直径の和よりも所望に小さい。50は、他の
ガラス板（感光性ガラス板）51の両面に球冠52を対向し
て形成することで、前記レンズアレイ40の両面凸レンズ
45と同形状, 同ピッチで、両面凸レンズ55をガラス板51
に配設したレンズアレイである。

【００３７】そして、一方のレンズアレイ40のそれぞれ
の球冠42を、他方のレンズアレイ50の４つの球冠52の間
に挿入係合し、且つ他方のレンズアレイ50の第１列の両
面凸レンズ55A が露出するように、レンズアレイ40を一
ピッチだけ横にずらして重畳し、接着剤９を用いて一体
に接着している。

【００３８】60は、複数の光ファイバ（外径は約125 μ
m)61が両面凸レンズ45の並列ピッチに等しいピッチＰで
配列するように、合成樹脂32で固着した或いは細長い直
方体状の金属又はセラミックス等よりなるファイバホル
ダに固着したファイバアレイである。

【００３９】このファイバアレイ60のそれぞれの光ファ
イバ61の端末を、45度傾斜した傾斜端面65とし、その傾
斜端面65に反射膜66を形成している。そして、それぞれ
の光ファイバ61を、一方のレンズアレイ40の外側面に並
列した球冠42列の間に横倒しにして係合し、傾斜端面65
が上向きでその中心が他方のレンズアレイ50の第１列の
両面凸レンズ55A 軸心の直上に位置するように、光ファ
イバ61を前後方向（図では左右方向) に移動調整し、そ
の後光ファイバ61をレンズアレイ40に接着剤９で固着し
ている。

【００４０】よって、それぞれの光ファイバ61の軸心が
他方のレンズアレイ50の両面凸レンズ列に平行となり、
第１列の両面凸レンズ55Aの軸心に直交しているので、
光が傾斜端面65で９０度の方向反射し光ファイバ61と第
１列の両面凸レンズ55A とが光結合状態となっている。

【００４１】一方、図３の(B) に図示した光素子アレイ
80-2は、受光素子81-2がピッチＰで配列した受光素子ア
レイである。このような光素子アレイ80-2を、レンズア
レイ50の下方の第１列の両面凸レンズ55A に対向する位
置に固着している。

【００４２】したがって、それぞれの光ファイバ61を伝
送されてきた光は、傾斜端面65で90度の方向に反射して
第１列の両面凸レンズ55A に投射され、第１列の両面凸
レンズ55A により光素子アレイ80-2の受光素子81-2の受
光面で収斂する。

【００４３】図４に示す光装置は、ケース90の底板に光
素子アレイ80-2を上向きに搭載し、レンズアレイ40とレ
ンズアレイ50とを重ねて一体化したレンズアレイを水平
にして、底板に固着した支持板70上に固定している。

【００４４】一方、レンズアレイ側のケース90の側壁に
孔91を穿孔し、この孔91にファイバアレイ60を挿入し、
それぞれの光ファイバ61をレンズアレイ40の上面に沿わ
せ、その傾斜端面がレンズアレイ50の第１列の両面凸レ
ンズの直上に位置合わせした状態で、それぞれの光ファ
イバ61をレンズアレイ40に接着固定し、さらにファイバ
アレイ60を接着剤99を用いて孔91に接着固定している。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、両面凸レ
ンズをガラス板に配列形成した２枚のレンズアレイを所
望に重畳して一体に固着し、ファイバアレイの光ファイ
バと光ファイバを固着したものとは反対側のレンズアレ
イの両面凸レンズとが光結合するように組み合わせた光
ファイバアレイとレンズアレイの結合構造であって、光
ファイバの位置合わせ作業が極めて簡単で、且つ光結合
効率が高いという、実用上で優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の図で、 (A) はレンズアレイの平面図 (B) は組立後の断面図

【図２】 本発明の実施例の斜視図

【図３】 本発明の他の実施例の図で、 (A) は組立後の平面図 (B) は組立後の断面図

【図４】 本発明の他の実施例の斜視図

【図５】 従来例の断面図

【符号の説明】

１,31,61 光ファイバ、 ２ レンズ、
３ ファイバホルダ、 ５ レンズホ
ルダ、10,20,40,50 レンズアレイ、 11,21,4
1,51 ガラス板、12,22,42,52 球冠、
15,25,45,55 両面凸レンズ、30,60 ファイバ
アレイ、 55A 第１列の両面凸レンズ、
65 傾斜端面、 66 反射
膜、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守谷 薫 北海道札幌市中央区北一条西２丁目１番地 富士通北海道デイジタル・テクノロジ株 式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス板(11)の両面に対向して球冠(12)
   が形成されて、両面凸レンズ(15)が所定のピッチでマト
   リックス状または千鳥に、該ガラス板(11)に配列形成さ
   れてなるレンズアレイ(10)と、 他のガラス板(21)の両面に対向して球冠(22)が形成され
   て、前記両面凸レンズ(15)と同形状，同ピッチで、両面
   凸レンズ(25)が他の該ガラス板(21)に配列形成されてな
   るレンズアレイ(20)と、 該両面凸レンズ(15)の並列ピッチに等しいピッチで、光
   ファイバ(31)が並列してなるファイバアレイ(30)とを具
   備し、 双方の該レンズアレイ(10,20) は、一方の該レンズアレ
   イ(10)のそれぞれの該球冠(12)が、他方の該レンズアレ
   イ(20)の４つの該球冠(22)の間に挿入係合した状態で重
   畳し一体に固着され、 一方の該レンズアレイ(10)の外側面に並列した選択した
   ４つ該球冠(12)が取り囲む平坦面に、それぞれの該光フ
   ァイバ(31)の端面35) が当接して、該光ファイバ(31)が
   他方の該レンズアレイ(20)の対向する両面凸レンズ(25)
   に、光結合されてなることを特徴とする光ファイバアレ
   イとレンズアレイの結合構造。
2. 【請求項２】 ガラス板(41)の両面に対向して球冠(42)
   が形成されて、両面凸レンズ(45)が所定のピッチでマト
   リックス状または千鳥に、該ガラス板(41)に配列形成さ
   れてなるレンズアレイ(40)と、 他のガラス板(51)の両面に対向して球冠(52)が形成され
   て、前記両面凸レンズ(45)と同形状, 同ピッチで、両面
   凸レンズ(55)が他の該ガラス板(51)に配列形成されてな
   るレンズアレイ(50)と、 該両面凸レンズ(45)の並列ピッチに等しいピッチで光フ
   ァイバ(61)が並列し、それぞれの該光ファイバ(61)の端
   末が所望角の傾斜端面(65)に形成されてなるファイバア
   レイ(60)とを具備し、 双方の該レンズアレイ(40,50) は、一方の該レンズアレ
   イ(40)のそれぞれの該球冠(42)が、他方の該レンズアレ
   イ(50)の４つの該球冠(52)の間に挿入係合し、且つ他方
   の該レンズアレイ(50)の第１列の両面凸レンズ(55A) が
   露出するように重畳し一体に固着され、 それぞれの該光ファイバ(61)は、一方の該レンズアレイ
   (40)の外側面に並列した球冠列の間に横倒しに係合し、
   該傾斜端面(65)が他方の該レンズアレイ(50)の第１列の
   両面凸レンズ(55A) に対向した状態で一方の該レンズア
   レイ(40)に固着され、該光ファイバ(61)が他方の該レン
   ズアレイ(50)の第１列の両面凸レンズ(55A) に、光結合
   されてなることを特徴とする光ファイバアレイとレンズ
   アレイの結合構造。