JP2003270406A - 光モジュールおよび光結合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】新規な光モジュールおよび光結合方法を実現す
る。 【解決手段】光モジュールは、板状透明体の一方の面に
１以上の等価なレンズ面を形成し、他方の面にレンズ面
の光軸に直交する面に対して所定角傾いた傾斜面をレン
ズ面と１対１に対応して形成してなるレンズ部材ＬＭ
１、ＬＭ２を、各レンズ部材における傾斜面同士が対向
し、且つ相互に傾斜面の傾斜方向へずれるようにして所
定の位置関係に組合せてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光モジュールお
よび光結合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信が広く情報の伝達に用いられ、近
来は、コンピュータ内部での情報伝達を光により行うこ
とも実用化されつつある。このような光による情報伝達
においては、一方の光ポートからの光を他方の光ポート
に光結合することが行われる。

【０００３】このような光結合を行うデバイスは従来か
ら種々のものが提案されている（例えば、特公平６−５
６４４５号公報等）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、新規な光
モジュールおよび光結合方法の実現を課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の光モジュール
は、１対のレンズ部材を有する。１対をなす各レンズ部
材は共に、板状透明体の一方の面に１以上の等価なレン
ズ面が形成され、他方の面には上記レンズ面の光軸に直
交する面に対して所定角傾いた傾斜面が「レンズ面と１
対１に対応」して形成されている。これら１対のレンズ
部材の各々は、レンズ面・傾斜面の配置、傾斜面の傾斜
方向および傾斜角は同一であるが、レンズ面のパワー
は、レンズ部材ごとに異ならせてもよい。

【０００６】これら１対のレンズ部材は「各レンズ部材
における傾斜面同士が対向し、且つ、相互に傾斜面の傾
斜方向へずれる」ようにして、所定の位置関係に組合せ
られる。このような光モジュールは「一方のレンズ部材
側に配置された１以上の光ポートからの光を、他方のレ
ンズ部材側に配された他の光ポートに光結合させる光結
合モジュール」として用いることができる。

【０００７】各レンズ部材において、レンズ面と傾斜面
とは対をなして形成されている。そして、レンズ面は１
以上であるから、レンズ部材は、最低限１面のレンズ面
と１面の傾斜面とを持つものとして形成される。

【０００８】傾斜面の「傾斜方向」とは、レンズ面の光
軸を鉛直方向としたとき、このレンズ面に対応する傾斜
面の傾き（勾配）が最大となる方向である。レンズ面は
例えばマイクロレンズとして形成できる。

【０００９】レンズ部材は１以上のレンズ面を有するか
ら、複数の互いに等価なレンズ面を有することもでき
る。このとき、複数のレンズ面は、一般に、１次元もし
くは２次元のアレイ状に配列されるが、この場合、レン
ズ面に対応する傾斜面は、レンズ面の所定の配列方向
（１次元アレイ状配列であればレンズ面の配列方向、２
次元アレイ状配列であれば行方向もしくは列方向）が傾
斜方向となるように形成される。

【００１０】上記請求項１記載の光モジュールの「１対
のレンズ部材の各々における１以上の傾斜面」に、所定
の光学特性を持った「光学膜」を設けることができる
（請求項２）。

【００１１】この場合、１対のレンズ部材の各々がＮ
（≧２）面のレンズ面とＮ面の傾斜面を有し、一方のレ
ンズ部材におけるＭ（＜Ｎ）面の傾斜面にフィルタ膜を
設けるとともに、他の傾斜面には反射膜を設け、他方の
レンズ部材の各傾斜面には「透過波長域が互いに異なる
波長選択反射フィルタ」を設けることができる（請求項
３）。上記「フィルタ膜、反射膜、波長選択反射フィル
タ」は、請求項２に言う「光学膜」である。

【００１２】例えば、一方のレンズ部材においてｎ（≧
２）面のレンズ面が１列のアレイ状に配列している場
合、これと対応する傾斜面の配列において、配列の端に
ある１つの傾斜面にフィルタ膜を設け、残りのｎ−１面
の傾斜面には反射面を設ける。このとき、他方のレンズ
部材におけるｎ面の傾斜面には、それぞれ波長選択反射
フィルタを設ける。

【００１３】これらｎ個の波長選択反射フィルタは、互
いに透過する波長領域が異なり、透過波長領域以外の光
に対しては高い反射率を持っている。このような波長選
択反射フィルタは「誘電体多層膜」として形成できる。

【００１４】また、レンズ部材のレンズ面と傾斜面が
「ｎ行ｍ列のマトリックス状に配列し、傾斜面の傾斜方
向が列方向」である場合、一方のレンズ部材における傾
斜面の、第１行をなす「ｎ面の傾斜面」にはフィルタ膜
を設け、残りの傾斜面には反射膜を設ける。

【００１５】他方のレンズ部材の各傾斜面には、列方向
に互いに異なるｍ種の波長選択反射フィルタを設ける。
同一行には同じ波長選択反射フィルタとなる。

【００１６】上記請求項２記載の光モジュールにおける
１対のレンズ部材の各傾斜面に設けられた光学膜を「所
定の割合の透過率・反射率を持った誘電体膜」とするこ
とができる（請求項４）。

【００１７】上記請求項２記載の光モジュールは、一方
のレンズ部材の各傾斜面に設けられるフィルタ膜・反射
膜が「傾斜方向に傾斜面が替わるごとにフィルタ膜と反
射膜が交互となる」ように設け、他方のレンズ部材の傾
斜面に「傾斜面の傾斜方向に偏光分離膜を、Ｐ方向が交
互に９０度異なる」ように設けることができる（請求項
５）。この場合、一方のレンズ部材の傾斜面に設けられ
た反射膜は「所定の透過率（例えば５％）」を持つこと
ができる（請求項６）。

【００１８】上記請求項２記載の光モジュールはまた、
一方のレンズ部材の傾斜面に「傾斜面の傾斜方向に、フ
ィルタ膜と反射膜が交互に配列する」ように設け、他方
のレンズ部材の傾斜面に「傾斜面の傾斜方向」に偏光分
離膜を設け、これら一方および他方のレンズ部材間にフ
ァラデー素子を配置した構成とすることができる（請求
項７）。

【００１９】請求項２〜７の任意の１に記載に光モジュ
ールにおいて、各レンズ部材における傾斜面を「その傾
斜方向において、隣接する２個のレンズ面を対として共
通化する」ことができる（請求項８）。前述の如く、レ
ンズ面と傾斜面とは１対１に対応するが、その対応関係
として、上記のように「複数のレンズ面に対応する傾斜
面を傾斜方向に共通化する」ことができるのである。

【００２０】この発明の光結合方法は、上記請求項１〜
８の任意の１に記載の光モジュールを用い、一方のレン
ズ部材側の光ポートと、他方のレンズ部材側の光ポート
間を光結合することを特徴とする（請求項９）。

【００２１】請求項９記載の光結合方法において「請求
項３記載の光モジュール」を用いる場合、一方のレンズ
部材の側に配置されたＭ個の光ポートからＭ面のレンズ
面に入射される光を、Ｍ面の傾斜面のフィルタ膜を透過
させて他方のレンズ部材に入射させ、他方のレンズ部材
の波長選択反射フィルタと、一方のレンズ部材の反射膜
との間で反射させる一方、各波長選択反射フィルタを透
過した光を他の光ポートに光結合させることができる
（請求項１０）。

【００２２】請求項９記載の光結合方法において「請求
項３記載の光モジュール」を用いる場合、他方のレンズ
部材側の複数の光ポートから、各波長選択反射フィルタ
の透過波長域の光を他方のレンズ部材に入射させ、特定
の波長選択反射フィルタを透過した光を一方のレンズ部
材のフィルタ膜に入射させ、他の波長選択反射フィルタ
を透過した光を、各レンズ部材の反射膜・波長選択反射
フィルタ間で反射させたのちフィルタ膜に入射させるこ
とにより、波長の異なる光を合成して、一方のレンズ部
材側の光ポートに光結合させることができる（請求項１
１）。

【００２３】請求項９記載の光結合方法において「請求
項４記載の光モジュール」を用いる場合、一方のレンズ
部材の側において、傾斜面の傾斜方向にレンズ面１つお
きに「出力用の光ポートまたは発光素子」を配し、他方
のレンズ部材の側には、出力用の光ポートまたは発光素
子と１対１に対応するように「入力用の光ポート」を配
し、出力用の各光ポートまたは各発光素子からの光を、
光モジュールを介して対応する入力用の光ポートに光結
合するとともに、一方のレンズ部材の側に、上記出力用
の光ポートまたは発光素子と交互に「受光用の光ポー
ト」を配列し、この受光用の光ポートの出力に基づき、
光モジュールのレンズ部材間の位置関係を検出すること
ができる（請求項１２）。

【００２４】請求項９記載の光結合方法において「請求
項５または６記載の光モジュール」を用いる場合、一方
のレンズ部材の側において、光ポートをフィルタ膜と対
応するレンズ面に合わせて配置し、他方のレンズ部材の
側においては各レンズ面に合わせて光ポートを配置し、
一方のレンズ部材の側の、１つの光ポートからの光を、
光モジュールにより互いに直交する偏光成分に分離し
て、他方のレンズ部材の側における２つの光ポートに光
結合させることができる（請求項１３）。

【００２５】請求項１３記載の光結合方法において「請
求項６記載の光モジュール」を用いると、一方のレンズ
部材の側において光ポートと交互に「受光用の光ポー
ト」を配し、この一方のレンズ部材の反射膜を透過する
光を受光用の光ポートで受光し、受光用の光ポートの出
力に基づき、光モジュールのレンズ部材間の位置関係を
検出することができる（請求項１４）。

【００２６】請求項９記載の光結合方法において「請求
項７記載の光モジュール」を用いる場合、一方のレンズ
部材の側において、光ポートをフィルタ膜と対応するレ
ンズ面に合わせて配置し、他方のレンズ部材の側におい
ては各レンズ面に合わせて光ポートを配置し、一方のレ
ンズ部材の側の１つの光ポートからの光を、光モジュー
ルにより互いに直交する偏光成分に分離するとともに、
分離された偏光成分の偏光方向をファラデー素子により
９０度旋回させて、他方のレンズ部材の側における２つ
の光ポートに、偏光方向を揃えた状態で光結合させるこ
とができる（請求項１５）。この場合、１対のレンズ部
材として、請求項８記載のものを用いることができる。

【００２７】請求項１５記載の光結合方法において、一
方のレンズ部材の側において光ポートと交互に受光用の
光ポートを配し、この一方のレンズ部材の反射膜を透過
する光を受光用の光ポートで受光し、受光用の光ポート
の出力に基づき、光モジュールのレンズ部材間の位置関
係を検出できる（請求項１６）。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を説明する。図
１は、レンズ部材の１例を説明図的に示している。図１
（ａ）に示すように、レンズ部材ＬＭは「板状透明体」
であり、一方の面に１以上の等価なレンズ面を形成し、
他方の面には「レンズ面の光軸に直交する面」に対して
所定角傾いた「傾斜面」をレンズ面と１対１に対応して
形成したものである。

【００２９】図１の例では、（ａ）に示すように、複数
のレンズ面Ｌ_１１、Ｌ_１２、Ｌ_１３、・・Ｌ_ｉｊ、・・
は２次元マトリックス状にアレイ配列されている。各レ
ンズ面は互いに光学的に等価で「正の屈折力」を持つ。
レンズ面Ｌ_ｉｊは、リソグラフィとエッチングを組合せ
た公知の技術により「凸面形状」として構成することも
できるし、周知の屈折率分布レンズとして構成すること
もできる。

【００３０】レンズ部材ＬＭの「レンズ面Ｌ_ｉｊが形成
されたのと逆の面」に形成された傾斜面Ｓ_ｊ（ｊ＝１、
２、・・）は、図１（ｂ）に示すように、レンズ面Ｌ
_ｉｊの配列において、添字：ｉの変化する方向（添字：
ｉで定まる方向を行方向、添字：ｊで定まる方向を列方
向とすれば「列方向」）を「傾斜方向」として形成さ
れ、行方向においては「この方向に配列したレンズ面に
対して共通化」されている。この場合も「個々のレンズ
面に対して傾斜面が１：１に対応する」１つの対応形態
である。

【００３１】勿論、レンズ面Ｓ_ｊをさらに分割して、レ
ンズ面Ｌ_ｉｊに傾斜面Ｓ_ｉｊが対応するようにしても良
い。符号ＯＬは、レンズ面の１つに対応して設けられた
「光学膜」を例示している。

【００３２】図２は、光モジュールの実施の１形態を説
明図的に示している。符号ＬＭ１、ＬＭ２は共にレンズ
部材を示す。この例においては、レンズ部材ＬＭ１、Ｌ
Ｍ２は光学膜を除けば同一のものであり、対をなしてい
る。レンズ部材ＬＭ１、ＬＭ２は、例えば、図１に示し
た如きものである。

【００３３】１対のレンズ部材ＬＭ１、ＬＭ２は、図２
に示すように、各レンズ部材ＬＭ１、ＬＭ２における傾
斜面同士が対向し、且つ相互に傾斜面の傾斜方向へずれ
るようにして所定の位置関係に組合せられている。符号
ＯＬは「傾斜面に設けられた光学膜」を示している。

【００３４】図２に示すように、レンズ部材ＬＭ１、Ｌ
Ｍ２間の間隔をＳ、レンズ面配列のピッチ（レンズ面配
列ピッチ）をＰ、レンズ部材ＬＭ１、ＬＭ２の「傾斜面
の傾斜方向のずれ量」をΔｄとし、光軸に直交する面に
対する傾斜面の傾き角をθ、レンズ部材ＬＭ１のレンズ
面光軸に沿って入射した光束の主光線が傾斜面から射出
するときの射出角をθ’、レンズ部材の屈折率をｎ（レ
ンズ部材自体と光学膜の作用による合成屈折率）とする
と、これらの間には以下の関係がなりたつ。

【００３５】ｎ・ｓｉｎθ＝ｓｉｎθ’ Δｄ／Ｓ＝ｔａｎ（θ’−θ） （Ｐ−Δｄ）／Ｓ＝ｔａｎ（θ’＋θ） 上記「所定の位置関係」は、これらの関係を満足する配
置である。

【００３６】即ち、図２に示す光モジュールは、板状透
明体の一方の面に１以上の等価なレンズ面を形成し、他
方の面にレンズ面の光軸に直交する面に対して所定角傾
いた傾斜面を上記レンズ面と１対１に対応して形成して
なる１対のレンズ部材ＬＭ１、ＬＭ２を、各レンズ部材
における傾斜面同士が対向し、且つ相互に傾斜面の傾斜
方向へずれるようにして所定の位置関係に組合せてなる
もの（請求項１）であり、１対のレンズ部材ＬＭ１、Ｌ
Ｍ２の各々における１以上の傾斜面に、所定の光学特性
を持った光学膜ＯＬが設けられている（請求項２）。

【００３７】図３は、請求項３記載の光モジュールの実
施の１形態と、これを用いて行う請求項９、１０、１１
記載の光結合方法を説明するための図である。

【００３８】符号１０、１１は１対のレンズ部材を示
す。一方のレンズ部材１０は、板状透明体の左側面に複
数のレンズ面１０１Ａ、１０２Ａ、１０３Ａ・・が１列
に形成され、右側面には各レンズ面に１：１に対応して
傾斜面１０１Ｂ、１０２Ｂ、１０３Ｂ・・が１列に形成
されている。

【００３９】傾斜面１０１Ｂ等の傾斜方向は図の上下方
向である。傾斜面１０１Ｂには透明なフィルタ膜Ｆが形
成され、他の傾斜面１０２Ｂ、１０３Ｂ・・には反射膜
ＲＦ２、ＲＦ３・・が形成されている。透明なフィルタ
膜Ｆや、反射膜ＲＦ２、ＲＦ３・・は「光学膜」であ
る。

【００４０】他方のレンズ部材１１は、板状透明体の右
側面に複数のレンズ面１１１Ａ、１１２Ａ、１１３Ａ・
・が１列に形成され、左側面には各レンズ面に１：１に
対応して、傾斜面１１１Ｂ、１１２Ｂ、１１３Ｂ・・が
１列に形成されている。傾斜面１１１Ｂ等の傾斜方向は
図の上下方向である。傾斜面１１１Ｂ、１１２Ｂ、１１
３Ｂ、１１４Ｂ・・にフィルタＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ
３、ＳＲ４・・が形成されている。これらフィルタＳＲ
１、ＳＲ２・・は「光学膜」である。

【００４１】レンズ部材１０、１１は「光学膜を除く部
分は同一」であり、上に説明したように「所定の位置関
係」で配置されている。

【００４２】このような光モジュールを用い、請求項９
記載の光結合方法、即ち「一方のレンズ部材側の光ポー
トと、他方のレンズ部材側の光ポート間を光結合する」
方法の１例として、レンズ部材１０側の光ポートＰ０か
ら放射される光を、レンズ部材１１側の光ポートＰ１、
Ｐ２・・に分配する場合を説明する。説明の具体性のた
め、光ポートＰ０、Ｐ１、Ｐ２・・等は「光ファイバ」
を想定する。

【００４３】この場合、透明なフィルタ膜Ｆは高い透過
率を持つが、フィルタＳＲ１、ＳＲ２・・は「それぞれ
が所定の割合の反射率・透過率を持つフィルタ」であ
る。また、フィルタ膜Ｆ、フィルタＳＲ１、ＳＲ２・・
は「屈折率が実質的に同じになる」ように、これらと反
射膜ＲＦは「厚さが同じになる」ように形成する。

【００４４】光ポートＰ０の光射出端面部をレンズ面１
０１Ａの焦点位置に配置して光を射出させると、射出し
た光はレンズ面１０１Ａから入射して平行光束化され、
傾斜面１０１Ｂに形成された透明フィルタＦを透過し、
所定角屈折されて射出し、フィルタＳＲ１へ入射する。
フィルタＳＲ１は所定の反射率・透過率を有するので、
一部の光はフィルタＳＲ１を透過して傾斜面１１１Ｂか
ら入射し、レンズ面１１１Ａの作用により集束され、そ
の集束位置に光入射端部を配した光ポートＰ１に入射す
る。

【００４５】フィルタＳＲ１で反射された光はレンズ部
材１０の反射膜ＲＦ２に入射する。反射膜ＲＦ２は実質
的に全ての光を反射させる。反射膜ＲＦ２で反射された
光束は、フィルタＳＲ２に入射し、一部の光はフィルタ
ＳＲ２を透過して傾斜面１１２Ｂから入射し、レンズ面
１１２Ａの作用により集束され、その集束位置に光入射
端部を配した光ポートＰ２に入射する。また、フィルタ
ＳＲ２により反射された光束は反射膜ＲＦ３に入射して
反射される。

【００４６】以上のプロセスの繰り返しにより、光ポー
トＰ０からの光は、光ポートＰ１、Ｐ２・・に分配され
ることになる。フィルタＳＲ１、ＳＲ２・・における各
々の透過率・反射率を適宜に設定することにより、各光
ポートＰ１、Ｐ２・・に等量ずつ光を分配することもで
きるし、各光ポートＰ１、Ｐ２・・に分配される割合を
所望の割合に設定することもできる。

【００４７】次に、図３の実施の形態において、請求項
１０、１１記載の光結合方法を実施する場合を説明す
る。この場合には、図３に符号ＳＲ１、ＳＲ２・・で示
すフィルタを「波長選択反射フィルタ」とする。波長選
択反射フィルタＳＲ１、ＳＲ２・・は「透過波長域が互
いに異なり、透過波長域以外の光を実質的に全て反射」
させる。

【００４８】波長選択フィルタＳＲ１、ＳＲ２・・の、
透過波長域の代表波長をλ_１、λ_２、・・・λ_Ｎとし、
光ポートＰ０からこれらの波長の全てを含む「白色光」
が射出するものとする。

【００４９】すると、上述した「光分配の説明」から容
易に理解されるように、光ポートＰ０から射出された光
束のうち、代表波長：λ_１を含む色成分光は光ポートＰ
１に光結合され、代表波長：λ_２を含む色成分光は光ポ
ートＰ２に光結合され、という具合にして、光モジュー
ルの左側にある光ポートＰ０からの光が、代表波長：λ
_１、λ_２・・・λ_Ｎを含む色成分に分解され、各色成分
光が特定の光ポートＰｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に光結合される
ことになる。

【００５０】即ちこの場合、図３の光モジュールは、１
対のレンズ部材１０、１１の各々がＮ面のレンズ面とＮ
面の傾斜面を有し、一方のレンズ部材１０における１面
の傾斜面１０１Ｂにフィルタ膜Ｆが設けられ、他の傾斜
面には反射膜ＲＦ２、ＲＦ３・・が設けられ、他方のレ
ンズ部材１１の各傾斜面には、透過波長域が互いに異な
る波長選択反射フィルタＳＲ１、ＳＲ２・・が設けられ
たもの（請求項３）である。

【００５１】そして上に説明した光結合方法は、一方の
レンズ部材１０の側に配置された１個の光ポートＰ０か
らレンズ面１０１Ａに入射される光を、傾斜面１０１Ｂ
のフィルタ膜Ｆを透過させて他方のレンズ部材１１に入
射させ、他方のレンズ部材１１の波長選択反射フィルタ
ＳＲ１、ＳＲ２・・と、一方のレンズ部材１０の反射膜
ＲＦ２、ＲＦ３・・との間で反射させる一方、各波長選
択反射フィルタＳＲ１、ＳＲ２・・を透過した光を、他
の光ポートＰ１、Ｐ２・・に光結合させる方法（請求項
１０）である。

【００５２】上記とは逆に、他方のレンズ部材１１側の
複数の光ポートＰ１、Ｐ２・・から各波長選択反射フィ
ルタの透過波長域（代表波長：λ_１、λ_２・・）の光を
レンズ部材１１に入射させ、特定の波長選択反射フィル
タＳＲ１を透過した光を一方のレンズ部材１０のフィル
タ膜Ｆに入射させ、他の波長選択反射フィルタＳＲ２、
ＳＲ３・・を透過した光を、各レンズ部材１０、１１の
反射膜ＲＦ２、ＲＦ３・・と波長選択反射フィルタＳＲ
１、ＳＲ２・・との間で反射させたのちフィルタ膜Ｆに
入射させることにより、波長の異なる光を合成して、一
方のレンズ部材１０側の光ポートＰ０に光結合させる方
法（請求項１１）を実施できる。

【００５３】なお、図３の光モジュールにおいて、波長
選択反射フィルタＳＲ１、ＳＲ２・・は所謂「狭帯域の
誘電体多層膜フィルタ」であるが、フィルタの特性上、
入射角の有効範囲は０〜３度程度と小さいため、光ポー
トＰ１、Ｐ２・・への結合光を分離するには、レンズ部
材間の距離（図２の距離：Ｓ）を大きく設定する必要が
あり、光ポートＰ１等への伝搬距離が長くなることが考
えられる。

【００５４】このときに回折の影響を有効に回避するた
め、上記波長：λ_１、λ_２・・・がλ_１＞λ_２＞λ_３＞
・・・＞λ_Ｎを満足するように、各波長選択反射フィルタ
の特性を設定するのが良い。

【００５５】図４は、請求項４記載の光モジュールと、
これを用いる光結合方法（請求項１２）を説明するため
の図である。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思わ
れるものについては図３におけると同一の符号を付し
た。図３との差異を説明すると、光モジュールに関して
は、各レンズ部材１０、１１の各傾斜面に形成された光
学膜ＯＬが「所定の割合の透過率・反射率を持った誘電
体膜」である（請求項４）。これら誘電体膜ＯＬはコー
ティングにより容易に且つ均一に形成できる。

【００５６】光ポートに関しては、レンズユニット１０
側の光ポートＰ０１、Ｐ０２・・は光出力用の発光素子
で、この例ではＶＣＳＥＬ（vertical cavity surface
emitting laser）である。また、光ポートＰＤ１、ＰＤ
２・・は受光用の光ポートで「受光素子」である。符号
Ｐｄ１、Ｐｄ２・・は「発光モニタ用の受光素子」を示
す。受光用の光ポートである受光素子ＰＤ１、ＰＤ２・
・、発光モニタ用の受光素子Ｐｄ１、Ｐｄ２・・・は、
光ポートＰ０１、Ｐ０２・・の個々と組にして用いられ
る。また、レンズユニット１１側の光ポートＰ１、Ｐ２
・・は、光の結合先（入力用）である。

【００５７】図４に示す如く、一方のレンズ部材１０側
において、傾斜面の傾斜方向（図の上下方向）にレンズ
面１つおきに、発光素子（ＶＣＳＥＬ）Ｐ０１、Ｐ０２
・・を配し、他方のレンズ部材１１側には、発光素子Ｐ
０１、Ｐ０２・・と１対１に対応するように、入力用の
光ポートＰ１、Ｐ２・・を配する。

【００５８】各発光素子Ｐ０１、Ｐ０２・・（これらは
対応するレンズ面１０１Ａ、１０３Ａ・・の焦点位置に
配置されている）を発光させると、光束は対応するレン
ズ面１０１Ａ、１０３Ａ、・・に入射して平行光束化さ
れ、光学膜（誘電体膜）ＯＬから射出して、レンズ部材
１１の対応する光学膜ＯＬ（レンズ面１１１Ａ、１１３
Ａ・・に対応する）に入射し、光学膜の有する透過率・
反射率に従って透過光と反射光に別れる。透過光はレン
ズ部材１１を透過し、レンズ面１１１Ｂ、１１３Ｂ・・
から射出して、これらレンズ面の焦点位置に受光端部を
持つ光ポートＰ１、Ｐ２・・に集光して光結合する。

【００５９】一方、光学膜ＯＬに反射された光束は、レ
ンズ部材１０の光学膜ＯＬを透過した成分が「発光素子
Ｐ０１、Ｐ０２・・と交互に配列された受光用の光ポー
トＰＤ１、ＰＤ２・・」に光結合する。

【００６０】レンズ部材１０、１１の相対的な位置関係
において、両者の平行度や、傾斜面の傾斜方向のずれ量
（前述のΔｄ）が適正でないと、受光用の光ポートＰＤ
１、ＰＤ２等の出力が小さくなるので、この出力に基づ
き、レンズ部材１０、１１間の位置関係を検出でき、検
出結果に基づき、両レンズ部材１０、１１の位置関係を
適正に調整することが可能である。

【００６１】なお、発光素子Ｐ０１、Ｐ０２・・等から
の光束の一部は、レンズ部材１０の側の光学膜ＯＬによ
り反射されて発光モニタ用の受光素子Ｐｄ１、Ｐｄ２・
・に戻る。これら受光素子Ｐｄ１、Ｐｄ２・・の出力に
応じて、発光素子Ｐ０１、Ｐ０２・・の発光量を適正値
に調整する。

【００６２】即ち、図４に即して説明した光結合方法で
は、請求項４記載の光モジュールが用いられ、一方のレ
ンズ部材１０側において、傾斜面の傾斜方向にレンズ面
１つおきに発光素子Ｐ０１、Ｐ０２・・を配し、他方の
レンズ部材１１側には、発光素子Ｐ０１、Ｐ０２と１対
１に対応するように入力用の光ポートＰ１、Ｐ２・・を
配し、各発光素子Ｐ０１、Ｐ０２・・からの光を、光モ
ジュールを介して対応する入力用の光ポートＰ１、Ｐ２
・・に光結合するとともに、一方のレンズ部材１０側に
発光素子Ｐ０１、Ｐ０２・・と交互に受光用の光ポート
ＰＤ１、ＰＤ２・・を配列し、この受光用の光ポートＰ
Ｄ１、ＰＤ２・・の出力に基づき、光モジュールのレン
ズ部材１０、１１間の位置関係を検出する（請求項１
２）。

【００６３】なお、図４において、レンズ部材１０の側
において、受光素子ＰＤ１、ＰＤ２・・等を省略して、
光ポートＰ０１等をレンズ面ごとに対応させて配置し、
レンズ部材１１の側に、光ポートＰ０１等の個々に１：
１に対応させて、即ち、レンズ面ごとに入力用の光ポー
トＰ１等を配置して光結合を行えば、より小型で光結合
の数を倍増できる。また、この場合には光学膜ＯＬをレ
ンズ部材の傾斜面に形成する必要がない。

【００６４】図５は、請求項５、６記載の光モジュール
と、これを用いる光結合方法（請求項１３、１４）を説
明するための図である。この図においても混同の虞がな
いと思われるものについては図３におけると同一の符号
を付した。

【００６５】図５の光モジュールは、一方のレンズ部材
１０の傾斜面に、傾斜面の傾斜方向（図の上下方向）へ
フィルタ膜Ｆ１、Ｆ２・・と反射膜ＲＦ１、ＲＦ２・・
が交互に設けられ、他方のレンズ部材１１の傾斜面に
は、傾斜面の傾斜方向に偏光分離膜ＰＢ１１、ＰＢ１
２、ＰＢ２１、ＰＢ２２・・を、Ｐ方向が交互に９０度
異なるように設けられている（請求項５）。

【００６６】偏光分離膜ＰＢ１１、ＰＢ１２・・は「光
学膜」である。光の偏向面が図面内にある場合、偏光分
離膜ＰＢ１１、ＰＢ２１・・はＳ方向（図面に直交する
偏光成分を透過させる）であり、偏光分離膜ＰＢ１２、
ＰＢ２２・・はＰ方向（図面内の偏光成分を透過させ
る）で、これらは上記傾斜方向に交互になっている。

【００６７】また、図５の実施の形態では、反射膜ＲＦ
１、ＲＦ２・・は「所定の透過率」を持つ（請求項
６）。フィルタ膜Ｆ１、Ｆ２・・は高い透過率を持つ
が、所定の反射率（例えば３％）を持ち、入射光の一部
を反射する。

【００６８】レンズ部材１０側の光ポートＰ０１１、Ｐ
０１２・・等は光出力用でフィルタ膜Ｆ１、Ｆ２・・に
対応するレンズ面の焦点位置を光射出端部として配置さ
れている。光ポートＰＤ０１、ＰＤ０２・・は受光用で
あって、レンズ部材１０の側において光ポート光ポート
Ｐ０１１、Ｐ０１２・・と交互に（反射膜ＲＦ１、ＲＦ
２・・と対応するレンズ面の焦点位置に）配置されてい
る。

【００６９】なお、光ポートＰｄ０１、Ｐｄ０２・・等
は光ポートＰ０１１、Ｐ０１２・・等の出力のモニタ用
である。

【００７０】光ポートＰ０１１、Ｐ０１２・・から射出
した光は、レンズ部材１０の対応するレンズ面により平
行光束化され、フィルタ膜Ｆ１、Ｆ２・・から射出し、
レンズ部材１１の偏光分離膜ＰＢ１１、ＰＢ２１・・に
入射する。偏光分離膜ＰＢ１１、ＰＢ２１等は図面に直
交する方向に偏光する成分を透過させるので、これらの
成分の光はレンズ部材１１を介して入力用の光ポートＰ
１１、Ｐ２１・・（対応するレンズ面の焦点位置に入射
端部が配置されている。）に集光して光結合される。

【００７１】偏光分離膜ＰＢ１１、ＰＢ２１等により反
射された成分（図面の面内の偏光成分）は反射膜ＦＲ
１、ＲＦ２・・で反射され、偏光分離膜ＰＢ１２、ＰＢ
２２等を透過して、光ポートＰ２１、Ｐ２２・・（対応
するレンズ面の焦点位置に入射端部が配置されてい
る。）に集光して光結合される。

【００７２】なお、反射膜ＲＦ１、ＲＦ２等は「所定の
透過率」を持つので、これに入射した光の一部は反射膜
ＲＦ１、ＲＦ２等を透過し、光ポートＰ０１１、Ｐ０１
２・・と交互に配列された受光用の光ポートＰＤ０１、
ＰＤ０２・・に光結合する。これら光ポートＰＤ０１、
ＰＤ０２・・の出力に基づき、レンズ部材１０、１１間
の位置関係を検出でき、検出結果に基づき両レンズ部材
１０、１１の位置関係を適正に調整することが可能であ
る。

【００７３】光ポートＰ０１１、Ｐ０１２・・からの光
束の一部は、レンズ部材１０の側のフィルタ膜Ｆ１、Ｆ
２等により反射されて、発光モニタ用の光ポートＰｄ０
１、Ｐｄ０２・・に戻る。光ポートＰｄ０１等の出力に
応じ、光ポートＰ０１１、Ｐ０１２・・の出力量を適正
値に調整する。

【００７４】即ち、図５の実施の形態では、請求項６記
載の光モジュールが用いられ、一方のレンズ部材１０側
において、光ポートＰ０１１、Ｐ０１２・・をフィルタ
膜Ｆ１、Ｆ２・・と対応するレンズ面に合わせて配置
し、他方のレンズ部材１１側においては各レンズ面に合
わせて光ポートＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２・・を
配置し、一方のレンズ部材１０側の１つの光ポートから
の光を、光モジュールにより互いに直交する偏光成分に
分離して、他方のレンズ部材の側における２つの光ポー
トに光結合させる（請求項１３）。

【００７５】即ち、１つの光ポートからの光を、互いに
偏光方向が直交する２つの光束にして光モジュールの他
方の側にある２つの光ポートに分配できる。

【００７６】勿論、光の結合先を逆転させ、例えば、光
ポートＰ１１、Ｐ１２から偏光方向が互いに直交する光
を射出させ、これらを合成して光ポートＰ０１１に光結
合させることができる。

【００７７】また、一方のレンズ部材１０の側において
光ポートＰ０１１、Ｐ０１２・・と交互に受光用の光ポ
ートＰＤ０１、ＰＤ０２・・を配し、一方のレンズ部材
１０の反射膜ＲＦ１、ＲＦ２・・を透過する光を受光用
の光ポートＰＤ０１、ＰＤ０２・・で受光し、受光用の
光ポートＰＤ０１、ＰＤ０２・・の出力に基づき、光モ
ジュールのレンズ部材１０、１１間の位置関係を検出す
る（請求項１４）。

【００７８】なお、受光用の光ポートＰＤ０１、ＰＤ０
２・・は省略しても良く、その場合には、反射膜ＲＦ
１、ＲＦ２・・は透過率を持つ必要が無い。

【００７９】図６は、請求項７、８記載の光モジュール
と、これを用いる光結合方法（請求項１５、１６）を説
明するための図である。

【００８０】図６の光モジュールは、１対のレンズ部材
３０、４０と、ファラデー素子５０を有している。一方
のレンズ部材３０の傾斜面３１２Ｂ、３３４Ｂ・・に
は、傾斜面の傾斜方向（図の上下方向）にフィルタ膜Ｆ
１、Ｆ２・・と反射膜ＲＦ１、ＲＦ２・・が交互に設け
られ、他方のレンズ部材の傾斜面４１２Ｂ、４３４Ｂ・
・には、傾斜面の傾斜方向に偏光分離膜ＰＢ１０、ＰＢ
２０・・が設けられ、ファラデー素子５０は、これらレ
ンズ部材３０、４０の間に配置されている（請求項
７）。反射膜ＲＦ１等は、所定の透過率（例えば５％）
を有している。

【００８１】また、レンズ部材３０における傾斜面３１
２Ｂ等が、その傾斜方向において、隣接する２個のレン
ズ面３０１Ａ、３０２Ａ等を対として共通化され、レン
ズ部材４０における傾斜面４１２Ｂ等が、その傾斜方向
において、隣接する２個のレンズ面４０１Ａ、４０２Ａ
等を対として共通化されている（請求項８）。

【００８２】レンズ部材３０側における光ポートＰ０１
１、Ｐ０１２・・、ＰＤ０１、ＰＤ０２・・、Ｐｄ０
１、Ｐｄ０２・・およびレンズ部材４０側における光ポ
ートＰ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２・・の配置および
役割は、図５の例の場合と同じである。

【００８３】ファラデー素子５０は、これを往復透過さ
せることで透過光の偏光方向を９０度旋回させることが
できるので、図６に示すように、例えば光ポートＰ０１
１から光ポートＰ１１、Ｐ１２に分配して光結合させる
光の偏光方向を一方向に揃えることができ、偏光分離膜
ＰＢ１０、ＰＢ２０はＰ方向を交互に９０度切替える必
要が無い。

【００８４】即ち、図６の実施の形態においては請求項
８記載の光モジュールが用いられ、一方のレンズ部材３
０の側において、光ポートＰ０１１、Ｐ０１２・・をフ
ィルタ膜Ｆ１、Ｆ２等と対応するレンズ面３０１Ａ、３
０２Ａ・・に合わせて配置し、他方のレンズ部材４０の
側においては各レンズ面４０１Ａ、４０２Ａ・・に合わ
せて光ポートＰ１１、Ｐ１２・・を配置し、一方のレン
ズ部材３０の側の１つの光ポート（例えば、光ポートＰ
０１１）からの光を、光モジュールにより互いに直交す
る偏光成分に分離するとともに、分離された偏光成分の
偏光方向をファラデー素子５０により９０度旋回させ
て、他方のレンズ部材４０の側における２つの光ポート
（例えば、光ポートＰ１１、Ｐ１２）に、偏光方向を揃
えた状態で光結合させる（請求項１５）。勿論、光の結
合先を逆転させ、例えば、光ポートＰ１１、Ｐ１２から
の出力光を合成して、光ポートＰ０１１に光結合させる
こともできる。

【００８５】また、一方のレンズ部材３０の側において
光ポートＰ０１１、Ｐ０１２・・と交互に受光用の光ポ
ートＰＤ０１、ＰＤ０２・・を配し、一方のレンズ部材
３０の反射膜ＲＦ１、ＲＦ２・・を透過する光を受光用
の光ポートＰＤ０１、ＰＤ０２・・で受光し、受光用の
光ポートＰＤ０１、ＰＤ０２・・の出力に基づき、光モ
ジュールのレンズ部材３０、４０間の位置関係を検出す
る（請求項１６）。

【００８６】光ポートＰＤ０１、ＰＤ０２・・は省略し
ても良く、その場合は反射面ＲＦ１、ＲＦ２・・は透過
率を有する必要がない。

【００８７】図３〜図６の実施の形態では、説明の簡単
化のために、光モジュールにおけるレンズ面や傾斜面、
光ポートの配列を、図面上下方向の１次元的配列として
説明したが、これら実施の形態のものを、図面に直交す
る方向へ任意数配列一体化してレンズ面・傾斜面や光ポ
ートの配列を２次元化できることはいうまでも無い。

【００８８】なお、上の各実施の形態でのように、光ポ
ートに導波路を用いる場合、導波路端面での戻り光の影
響を考慮し、導波路端面を斜めに研磨し、研磨面の法線
方向とレンズ部材のレンズ面光軸とを含む面内で、導波
路をレンズ面光軸に対して角：β（度）傾けることが一
般に行なわれるが、この角度：βを、研磨面の傾き角：
α（度）、導波路の屈折率：ｎ_０として、 β＝ｓｉｎ^−１（ｎ_０・ｓｉｎα）−α と設定することにより、光結合損失を有効に押えること
ができる。

【００８９】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な光モジュールとこれを用いる新規な光結合方法
を提供できる。この発明の光モジュールは、光分配や光
合成等の種々の光結合に幅広く適用できる。また、光モ
ジュールを構成するレンズ部材におけるレンズ面や傾斜
面がアレイ配列しているため、光ポート等の配列を、レ
ンズ面の配列に合わせて組付けることができるため、光
結合システムの組付けが容易である。傾斜面に設ける光
学膜としての「誘電体多層膜フィルタ」等は非常に高価
であるが、この発明の光モジュールでは、光学膜を形成
すべき傾斜面に応じて誘電体多層膜フィルタ等を必要最
小限の大きさにカットして無駄なく使用できるので、コ
ストを有効に低減できる。

【００９０】この発明の光結合方法は、この発明の光モ
ジュールを用いることにより、コンパクト且つ安価な構
成で、光分配や光合成等の種々の光結合を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レンズ部材の実施の１形態を説明するための図
である。

【図２】光結合方法の実施の１形態を説明するための図
である。

【図３】光結合方法の実施の１形態を説明するための図
である。

【図４】光結合方法の実施の１形態を説明するための図
である。

【図５】光結合方法の実施の１形態を説明するための図
である。

【図６】光結合方法の実施の１形態を説明するための図
である。

【符号の説明】

ＬＭ１ レンズ部材 ＬＭ２ レンズ部材 ＯＬ 光学膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 6/293 Ｇ０２Ｂ 6/32 6/32 6/42 6/42 27/28 Ｚ 27/28 6/28 Ｃ (72)発明者 高橋 彰 岩手県花巻市大畑第10地割109番地・リコ ー光学株式会社内 (72)発明者 石亀 貴幸 岩手県花巻市大畑第10地割109番地・リコ ー光学株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 BA12 BA32 CA12 CA18 CA19 2H042 CA10 CA12 CA17 2H048 FA05 FA22 FA24 GA04 GA12 GA23 GA24 2H049 BA05 BA08 BA43 BA46 BB02 BC06 2H099 AA01 BA17 CA02 CA05

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板状透明体の一方の面に１以上の等価なレ
   ンズ面を形成し、他方の面に上記レンズ面の光軸に直交
   する面に対して所定角傾いた傾斜面を上記レンズ面と１
   対１に対応して形成してなるレンズ部材を１対、各レン
   ズ部材における傾斜面同士が対向し、且つ相互に傾斜面
   の傾斜方向へずれるようにして所定の位置関係に組合せ
   てなる光モジュール。
2. 【請求項２】請求項１記載の光モジュールにおいて、 １対のレンズ部材の各々における１以上の傾斜面に、所
   定の光学特性を持った光学膜が設けられていることを特
   徴とする光モジュール。
3. 【請求項３】請求項２記載の光モジュールにおいて、 １対のレンズ部材の各々はＮ（≧２）面のレンズ面とＮ
   面の傾斜面を有し、一方のレンズ部材におけるＭ（＜
   Ｎ）面の傾斜面にフィルタ膜が設けられ、他の傾斜面に
   は反射膜が設けられ、 他方のレンズ部材の各傾斜面には、透過波長域が互いに
   異なる波長選択反射フィルタが設けられたことを特徴と
   する光モジュール。
4. 【請求項４】請求項２記載の光モジュールにおいて、 １対のレンズ部材の各傾斜面に設けられた光学膜が、所
   定の割合の透過率・反射率を持った誘電体膜であること
   を特徴とする光モジュール。
5. 【請求項５】請求項２記載の光モジュールにおいて、 一方のレンズ部材の傾斜面には、傾斜面傾斜方向にフィ
   ルタ膜と反射膜を交互に設け、他方のレンズ部材の傾斜
   面には、傾斜面傾斜方向に偏光分離膜を、Ｐ方向が交互
   に９０度異なるように設けたことを特徴とする光モジュ
   ール。
6. 【請求項６】請求項５記載の光モジュールにおいて、 一方のレンズ部材の傾斜面に設けられた反射膜は、所定
   の透過率を持つことを特徴とする光モジュール。
7. 【請求項７】請求項２記載の光モジュールにおいて、 一方のレンズ部材の傾斜面に、傾斜面の傾斜方向にフィ
   ルタ膜と反射膜を交互に設け、他方のレンズ部材の傾斜
   面に、傾斜面の傾斜方向に偏光分離膜を設け、上記一方
   および他方のレンズ部材間に、ファラデー素子を配置し
   たことを特徴とする光モジュール。
8. 【請求項８】請求項２〜７の任意の１に記載の光モジュ
   ールにおいて、 各レンズ部材における傾斜面が、その傾斜方向におい
   て、隣接する２個のレンズ面を対として共通化されてい
   ることを特徴とする光モジュール。
9. 【請求項９】請求項１〜８の任意の１に記載の光モジュ
   ールを用い、一方のレンズ部材側の光ポートと、他方の
   レンズ部材側の光ポート間を光結合することを特徴とす
   る光結合方法。
10. 【請求項１０】請求項９記載の光結合方法において、 請求項３記載の光モジュールを用い、 一方のレンズ部材側に配置されたＭ個の光ポートからＭ
    面のレンズ面に入射される光を、Ｍ面の傾斜面のフィル
    タ膜を透過させて他方のレンズ部材に入射させ、他方の
    レンズ部材の波長選択反射フィルタと上記一方のレンズ
    部材の反射膜との間で反射させる一方、上記各波長選択
    反射フィルタを透過した光を他の光ポートに光結合させ
    ることを特徴とする光結合方法。
11. 【請求項１１】請求項９記載の光結合方法において、 請求項３記載の光モジュールを用い、 他方のレンズ部材側の複数の光ポートから、各波長選択
    反射フィルタの透過波長域の光を上記他方のレンズ部材
    に入射させ、特定の波長選択反射フィルタを透過した光
    を一方のレンズ部材のフィルタ膜に入射させ、他の波長
    選択反射フィルタを透過した光を、各レンズ部材の反射
    膜と波長選択反射フィルタとの間で反射させたのち上記
    フィルタ膜に入射させることにより、波長の異なる光を
    合成して、上記一方のレンズ部材側の光ポートに光結合
    させることを特徴とする光結合方法。
12. 【請求項１２】請求項９記載の光結合方法において、 請求項４記載の光モジュールを用い、一方のレンズ部材
    側において、傾斜面の傾斜方向にレンズ面１つおきに出
    力用の光ポートまたは発光素子を配し、他方のレンズ部
    材側には、上記出力用の光ポートまたは発光素子と１対
    １に対応するように入力用の光ポートを配し、 各出力用の光ポートまたは各発光素子からの光を、光モ
    ジュールを介して対応する入力用の光ポートに光結合す
    るとともに、一方のレンズ部材側に上記出力用の光ポー
    トまたは発光素子と交互に受光用の光ポートを配列し、
    この受光用の光ポートの出力に基づき、上記光モジュー
    ルのレンズ部材間の位置関係を検出することを特徴とす
    る光結合方法。
13. 【請求項１３】請求項９記載の光結合方法において、 請求項５または６記載の光モジュールを用い、 一方のレンズ部材側において、光ポートを、フィルタ膜
    と対応するレンズ面に合わせて配置し、他方のレンズ部
    材の側においては各レンズ面に合わせて光ポートを配置
    し、 一方のレンズ部材側の１つの光ポートからの光を、光モ
    ジュールにより互いに直交する偏光成分に分離して、他
    方のレンズ部材の側における２つの光ポートに光結合さ
    せることを特徴とする光結合方法。
14. 【請求項１４】請求項１３記載の光結合方法において、 請求項６記載の光モジュールを用い、 一方のレンズ部材側において光ポートと交互に受光用の
    光ポートを配し、この一方のレンズ部材の反射膜を透過
    する光を上記受光用の光ポートで受光し、上記受光用の
    光ポートの出力に基づき、上記光モジュールのレンズ部
    材間の位置関係を検出することを特徴とする光結合方
    法。
15. 【請求項１５】請求項９記載の光結合方法において、 請求項７記載の光モジュールを用い、 一方のレンズ部材側において、光ポートをフィルタ膜と
    対応するレンズ面に合わせて配置し、他方のレンズ部材
    の側においては各レンズ面に合わせて光ポートを配置
    し、 一方のレンズ部材側の１つの光ポートからの光を、光モ
    ジュールにより互いに直交する偏光成分に分離するとと
    もに、分離された偏光成分の偏光方向をファラデー素子
    により９０度旋回させて、他方のレンズ部材側における
    ２つの光ポートに、偏光方向を揃えた状態で光結合させ
    ることを特徴とする光結合方法。
16. 【請求項１６】請求項１５記載の光結合方法において、 一方のレンズ部材側において光ポートと交互に受光用の
    光ポートを配し、この一方のレンズ部材の反射膜を透過
    する光を上記受光用の光ポートで受光し、上記受光用の
    光ポートの出力に基づき、上記光モジュールのレンズ部
    材間の位置関係を検出することを特徴とする光結合方
    法。