(57)【要約】【課題】感度の長期安定性を確保すると共に、トレランス裕度を上げて製造を容易とする。【解決手段】頂角が９０°であるプリズムの、頂角をなす面に波長フィルタを形成する。そして、複数の当該プリズムを、隣接するプリズムと頂角を基準とした向きが互いに逆方向になるように配置して接合し、波長分離フィルタを構成する。波長分離フィルタに角度ずれが起きても、各出射光は平行ずれを起こすのみで、角度ずれが発生しない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
９０°の角を有し、入射された光に対して波長選択を行う波長フィルタが該９０°の角をなす面に形成された波長分離手段と、
前記波長分離手段に対して入射され前記波長フィルタを介して出射された光を受光する受光手段と
を備える
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
複数の前記波長分離手段が、隣接する２の前記波長分離手段の、前記９０°の角を基準とした向きが互いに逆方向に接合されてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
光をコリメート光に変換する変換手段をさらに有し、
前記変換手段でコリメート光に変換された光を前記波長分離手段に対して入射する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記受光手段は、前記波長分離手段に波長分離された光の出射位置に対応して複数が設けられ、
前記複数の受光手段は、前記波長分離手段に対する光の入射位置からの距離をそれぞれ略等しく配置される
ことを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記波長分離手段は、
前記入射された光を前記９０°の角をなす面で反射させて該９０°の角に対向する面から出射させ、
最後に光が反射される前記９０°の角をなす面に全反射面を形成してなる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の光モジュール。
【請求項６】
第１の前記波長分離手段の前記９０°の角に対向する面に対して最初の光の入射がなされ、該第１の波長分離手段に入射された光を、該９０°の角に対向する面において該光の入射が行われる位置に対応する該９０°の角をなす面から出射させ、
前記光の入射がなされる位置に対応する前記９０°の角をなす面に対して、前記第１の波長分離手段の前記９０°の角に対向する面と平行な面を持つように第２の波長分離手段をさらに接合させてなる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記受光手段は、
テレセントリック光学系を用いて構成される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記受光手段の代わりに、発光素子を用いた発光手段を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信の受光装置および光送信装置に用いる光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、通信ネットワーク、特にインターネットにおいて、高精細な動画像データといった大容量コンテンツの通信に対する需要が高まっている。それに伴い、通信媒体も、より高速な通信が可能な光ファイバが主流となってきている。さらに、１本の光ファイバに複数の異なる波長の光信号を乗せることで、複数のチャネルの光信号を１本の光ファイバで伝送する波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）も実用化されている。
【０００３】
ＷＤＭによる通信の受信側では、受信された光信号を、カプラを用いてそれぞれの波長の光信号に分離する。非特許文献１には、受信された、異なる波長の光が多重化された光信号から、波形分離フィルタを用いてそれぞれの波長の光信号を分離するようにした技術が記載されている。
【０００４】
例えば、従来では、入射ポートからの光をコリメートレンズによりコリメート光に変換し、このコリメート光を波長分離フィルタに入射させる。そして、波長分離フィルタ内で、ハーフミラーによる複数のフィルタにより順次波長分離を行う。波長分離した光は、各ハーフミラーの透過側に設けられた各受光部前面の結像レンズにて、受光素子に対してそれぞれ結像させている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】田村、前田、尾関、東方著「発光・受光素子内蔵型双方向伝送用合分波器」、昭和５９年度電子通信学会総合全国大会論文集、２６５６、昭和５９年３月５日発行、分冊１０、３５６ｐ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術では、波長分離フィルタの角度が変わるとコリメート光の方向が変化し、結像レンズによる受光素子への結像が不十分となってしまうため、光モジュールの感度安定性に課題があった。さらに、従来技術によれば、受光素子の受光径に対するビームのスポット位置精度を必要とするため、受光素子の固定を高精度に行う必要があり、製造が難しくコストが高くなってしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、感度の長期安定性を確保すると共に、トレランス裕度を上げて製造を容易とした光モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、９０°の角を有し、入射された光に対して波長選択を行う波長フィルタが９０°の角をなす面に形成された波長分離手段と、波長分離手段に対して入射され前記波長フィルタを介して出射された光を受光する受光手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、９０°の角を有し、入射された光に対して波長選択を行う波長フィルタが９０°の角をなす面に形成された波長分離手段を用いて波長分離を行うため、感度の長期安定性を確保すると共に、トレランス裕度を上げて製造を容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１による光モジュールを用いた受光装置の一例の構成を示す略線図である。
【図２】図２は、出射光において、プリズムの角度が変化しても元の光路に対して平行にずれるだけで、角度のずれが発生しないことを説明するための略線図である。
【図３】図３は、従来技術による受光装置の一例の構成を示す略線図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２による光モジュールを用いた受光装置の一例の構成を示す略線図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３による光モジュールを用いた受光装置の一例の構成を示す略線図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態４による光モジュールを用いた受光装置の一例の構成を示す略線図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態５による光モジュールを用いた光送信装置の一例の構成を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、本発明に係る実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１による光モジュールを用いた受光装置の一例の構成を示す。図１に例示される受光装置は、４の異なる波長の光信号が多重化された４ｃｈの光信号を受光するための４ｃｈ受光モジュールである。
【００１２】
受光装置は、波長分離フィルタ１０と、入射された光信号をコリメート光に変換して波長分離フィルタ１０に入射するコリメータレンズ４と、波長分離フィルタ１０で波長分離されたそれぞれの光信号を受光する受光素子２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄと、波長分離フィルタ１０で波長分離され出射された光信号を受光素子２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄにそれぞれ導く結像レンズ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄとを有する。
【００１３】
波長分離フィルタ１０は、それぞれ頂角が９０°のプリズム１ａ、１ｂおよび１ｃが、隣接する２つのプリズムの、頂角を基準とした向きが互いに逆方向に接合されてなる。換言すれば、波長分離フィルタ１０は、それぞれ頂角が９０°のプリズム１ａ、１ｂおよび１ｃが頂角をなす面同士で接合され、その際、接合面に沿った方向において頂角が同一の方向を向かないように配置される。プリズム１ａ、１ｂおよび１ｃは、それぞれ、頂角をなす２面がハーフミラーによる波長フィルタまたは全反射する全反射面となっている。波長フィルタは、例えば多層膜を用いて所望の波長に光を透過または反射するように形成する。なお、図１では、各プリズム１ａ、１ｂおよび１ｃは、断面が２等辺三角形であるかのように記されているが、これはこの例に限定されず、断面が不等辺の直角三角形でもよい。
【００１４】
この図１の例では、プリズム１ａの面５ａが、波長λ1の光信号を透過させて他の波長の光信号を反射させる第１の波長フィルタとなっている。プリズム１ａとプリズム１ｂとが接合される面５ｂが、波長λ2の光信号を反射させ他の波長の光信号を透過させる第２の波長フィルタとなっている。また、プリズム１ｂとプリズム１ｃとが接合される面５ｃが、波長λ3の光信号を反射させ波長λ4の光信号を透過させる第３の波長フィルタとなっている。一方、波長分離フィルタ１０における最終の反射面となるプリズム１ｃの面５ｄは、例えば入射光を全反射する全反射ミラーにより構成する。
【００１５】
４の異なる波長λ1、λ2、λ3およびλ4の光信号が多重化された入射光２０がコリメータレンズ４を介してプリズム１ａに入射し、第１の波長フィルタである面５ａに照射される。第１の波長フィルタにより、入射光２０から波長λ1の光２１が取り出され、結像レンズ３ａを介して受光素子２ａに結像される。残りの波長λ2、λ3およびλ4からなる光２２は、面５ａで反射されて、第２の波長フィルタである面５ｂに照射される。
【００１６】
第２の波長フィルタにより、光２２に含まれる波長λ2の光２３が反射されて取り出され、結像レンズ３ｂを介して受光素子２ｂに結像される。残りの波長λ3およびλ4からなる光２４は、面５ｂを透過してプリズム１ｂに入射され、第３の波長フィルタである面５ｃに照射される。
【００１７】
第３の波長フィルタにより、光２４に含まれる波長λ3の光２５が反射されて取り出され、結像レンズ３ｃを介して受光素子２ｃに結像される。残りの波長λ4の光２６は、面５ｃを透過してプリズム１ｃに入射される。この光２６は、プリズム１ｃの面５ｄで全反射され、結像レンズ３ｄを介して受光素子２ｄに結像される。
【００１８】
このように構成された受光装置において、入射光２０に対する波長分離フィルタ１０の角度が変化した場合について考える。先ず、図２に例示されるように、波長分離フィルタ１０が１個のプリズム１ａにより構成される場合について説明する。
【００１９】
図２に一例が示されるように、例えば波長フィルタ機能を有するプリズム１ａの角度が変化し、点線で示されるプリズム１ａ’のようになったものとする。本実施の形態１によれば、プリズム１ａの頂角が９０°であることから、面５ａおよび面５ｂで反射された光２３は、プリズム１ａから入射光２０に対して平行に出射される。そのため、光２３は、プリズム１ａの角度が変化しても、図２に光２３’として例示されるように、元の光路に対して平行にずれるだけで、角度のずれが発生しない。
【００２０】
これは、図１に例示する波長分離フィルタ１０のように、頂角が９０°のプリズムを、隣接する２つのプリズムの、頂角を基準とした向きが互いに逆方向になるように接合させた場合でも同様である。例えば、プリズム１ａとプリズム１ｂとを、頂角を基準とした向きが互いに逆方向になるように配置して接合させた場合、面５ｃは、面５ａと平行になる。したがって、面５ｃで反射された光２５の光路は、入射光２０の光路と平行になり、波長分離フィルタ１０の角度が変化しても元の光路に対して平行にずれるだけで、角度ずれが発生しない。
【００２１】
さらに、プリズム１ｂに対して、プリズム１ｃを頂角を基準とした向きが互いに逆方向になるように配置して接合させた場合、プリズム１ｃの面５ｄは、プリズム１ａの面５ｂと平行となる。したがって、面５ｄで反射された光２６の光路は、面５ｂに反射される光２３と同様にして入射光２０の光路と平行になり、波長分離フィルタ１０の角度が変化しても元の光路に対して平行にずれるだけで、角度ずれが発生しない。
【００２２】
例えば、従来では、図３に例示されるように、入射ポートからの光をコリメートレンズ１０４によりコリメート光に変換し、このコリメート光を波長分離フィルタ１０３に入射させる。そして、波長分離フィルタ１０３内で、ハーフミラーによるフィルタ１０６、１０６、…により波長分離した後に、各受光部前面の結像レンズ１０５、１０５、…にて受光素子１０７、１０７、…に対してそれぞれ結像させている。この図３に例示される構成では、波長分離フィルタ１０３の角度が変わるとコリメート光の方向が変化し、結像レンズ１０５による受光素子１０７への結像が不十分となってしまう。
【００２３】
一方、本実施の形態１では、上述したように、波長分離フィルタ１０を、直角プリズムの頂角をなす面同士を、頂角を接合面に沿った方向において互いに逆方向になるように配置して順次接合させて構成している。このように構成することで、頂角をなす面からの反射光の光路は、それぞれ入射光の光路と平行になる。したがって、波長分離フィルタ１０において角度ずれが発生しても、プリズムからの出射光の光路のずれは平行ずれのみとなり、角度ずれが発生しない。
【００２４】
これにより、波長分離フィルタ１０の角度ずれに対するトレランス裕度を稼ぐことができ、入射光２０に対する感度の長期安定性の確保が期待できる。そのため、受光装置がより長期に亘って使用可能となる。
【００２５】
また、本実施の形態１では、入射光２０をコリメートレンズ４によりコリメート光に変換して波長分離フィルタ１０に入射している。そのため、波長分離フィルタ１０からの出射光である光２１、２３、２５および２６は、波長分離フィルタ１０の角度ずれに応じた平行ずれしか起こさない。したがって、各受光素子２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄに対する各光２１、２３、２５および２６の入射時のずれを抑制することができる。
【００２６】
これにより、各受光素子２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄに対して効率的に光の入射がなされ、例えばその後の信号処理における消費電力の低減が期待できる。
【００２７】
さらに、本実施の形態１では、波長分離フィルタ１０における波長分離機能の最終面となる面５ｄを、入射光を全反射する全反射ミラーにより構成することができる。これは、波長分離フィルタ１０において、面５ｃまでに必要な波長の分離が完了しているため、波長分離フィルタ１０における最終の反射面となるプリズム１ｃの面５ｄは、波長選択機能を持たせる必要が無いからである。
【００２８】
一般に、波長選択機能を持つ多層膜よりも、波長選択機能を持たない全反射面の方が少ない膜数で済む。そのため、最終面を全反射面とすることで、低コストおよび高信頼に製作でき、結果として受光装置自体の低コスト化が可能となると共に、高信頼性を実現することができる。
【００２９】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１において、光２１は、プリズム１ａの底面における入射光２０の入射位置に対応する、プリズム１ａにおける斜面である面５ａから頂角方向に鋭角的に出射される。そのため、光２１は、プリズム１ａの材質（ガラス）と空気との屈折率の差に応じてプリズム１ａの界面で光路が曲げられ、入射光２０に対して光路の角度ずれが発生する。
【００３０】
そのため、本実施の形態２では、図４に例示されるように、プリズム１ａにおいて光２１が出射する面５ａに対してプリズム３０を接合する。このとき、プリズム１ａにおいて入射光２０が入射される面４０と、プリズム３０ａにおいて光２１が出射する面４１とが平行になるように、プリズム１ａおよびプリズム３０を接合する。
【００３１】
このようにプリズム１ａとプリズム３０とを接合させることで、プリズム１ａとプリズム３０とで１枚の平行平板が構成されたと見做すことができる。そのため、プリズム３０が接合された波長分離フィルタ１０に入射光２０に対する角度ずれが発生しても、出射光である光２１の光路は、平行ずれとなるだけで、角度ずれが発生しない。
【００３２】
これにより、波長分離フィルタ１０の角度ずれに対するトレランス裕度を稼ぐことができ、入射光２０に対する感度の長期安定性の確保が期待できる。そのため、受光装置がより長期に亘って使用可能となる。
【００３３】
なお、光２３、２５および２６は、それぞれプリズム１ａ、１ｂおよび１ｃの底面に対して略垂直方向に出射されるため、屈折率の差による出射角度に対する影響が小さいと考えられる。したがって、光２１と、光２３、２５および２６のそれぞれとは、略平行になる。
【００３４】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図５は、本実施の形態３による光モジュールを用いた受光装置の一例の構成を示す。なお、図５では、煩雑さを避けるために、図１に示した受光装置のうち、光路２１に関する部分のみを抜き出して示している。本実施の形態３では、結像レンズ３ａと受光素子２ａとの間に、テレセントリック光学系３１ａを挿入する。このとき、テレセントリック光学系３１ａは、像側テレセントリックレンズを用い、結像レンズ３ａの結像点から縮小倍率で像点を結ぶように配置する。これにより、結像レンズ３ａからの出射光が光軸に対して常に略平行となり、受光素子２ａに対する入射光の角度ずれが抑制された受光装置を構成することができる。
【００３５】
これにより、受光素子２ａに対して効率的に光の入射がなされ、例えばその後の信号処理における消費電力の低減が期待できる。
【００３６】
なお、図５では、光路２１に対してテレセントリック光学系３１ａを適用したが、勿論、他の光路２３、２５および２６に対しても、同様にしてテレセントリック光学系を適用できる。
【００３７】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図６は、本実施の形態４による光モジュールを用いた受光装置の一例の構成を示す。本実施の形態４では、波長λ1、波長λ2、…の光それぞれについて、コリメータ光学系による光路長が等しくなるように構成する。より具体的には、例えば各受光素子２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄの結像レンズ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄのそれぞれについて、入射位置、例えばコリメータレンズ４との間の距離を等しくする。
【００３８】
すなわち、図６において、コリメータレンズ４に対する距離を、結像レンズ３ａが距離ｌ1＝ａ＋ｂ、結像レンズ３ｂが距離ｌ2＝ａ＋ｃ＋ｄ、結像レンズ３ｃが距離ｌ3＝ａ＋ｃ＋ｅ＋ｆ、ならびに、結像レンズ３ｄが距離ｌ4＝ａ＋ｃ＋ｅ＋ｇ＋ｈとしたとき、距離ｌ1＝距離ｌ2＝距離ｌ3＝距離ｌ4となるように、結像レンズ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄの配置を決める。実際には、距離ａは共通なので、ｂ＝ｃ＋ｄ＝ｃ＋ｅ＋ｆ＝ｃ＋ｅ＋ｇ＋ｈとなるように配置すればよい。
【００３９】
これは、ファイバ出射光あるいはレーザ出射光は、ガウスビームを基本としているため、厳密には理想的な平行光にはできない。したがって、平行光で伝播する距離は有限となり、実用的に平行光にできる範囲が限られる。そこで、上述したように、各波長λ1、λ2、λ3およびλ4のコリメータ光学系のコリメータ部分の距離を等長にすれば、各波長について同一の光学系で構成することができる。これにより、部品の共通化および光学性能のばらつき低減を図ることができる。
【００４０】
実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態５は、図１を用いて説明した実施の形態１による受光装置において、受光素子２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄをそれぞれ発光素子に置き換えて、光送信装置として構成する。すなわち、各発光素子から出射された光を、上述した入射光２０とは逆の進行方向で波長分離フィルタ１０に入射させ、波長分離フィルタ１０内で各波長の分離および合波して出射させる。
【００４１】
図７は、本実施の形態５による光モジュールを用いた光送信装置の一例の構成を示す。発光素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃおよび３３ｄは、それぞれ第１の波長λ1、第２の波長λ2、第３の波長λ3および第４の波長λ4を含む光を出力するようになっている。発光素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃおよび３３ｄから出力された光は、それぞれレンズ３４ａ、３４ｂ、３４ｃおよび３４ｄを介して波長分離フィルタ１０に入射される。このとき、発光素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃおよび３３ｄから出力された光が互いに平行に波長分離フィルタ１０に入射され、波長分離フィルタ１０内部で順次１本の光路上に乗るように、光学系が構成される。
【００４２】
波長分離フィルタ１０の構成は、図１を用いて説明した構成と同一とすることができる。すなわち、波長分離フィルタ１０は、それぞれ頂角が９０°のプリズム１ａ、１ｂおよび１ｃが、隣接する２つのプリズムの、頂角を基準とした向きが互いに逆方向に配置されるように向き合わされて接合されてなる。プリズム１ａ、１ｂおよび１ｃは、それぞれ、頂角をなす２面がハーフミラーによる波長フィルタまたは全反射する全反射面となっている。
【００４３】
例えば、プリズム１ａの面５ａが、波長λ1の光信号を透過させて他の波長の光信号を反射させる第１の波長フィルタ、プリズム１ａとプリズム１ｂとが接合される面５ｂが、波長λ2の光信号を反射させ他の波長の光信号を透過させる第２の波長フィルタ、プリズム１ｂとプリズム１ｃとが接合される面５ｃが、波長λ3の光信号を反射させ波長λ4の光信号を透過させる第３の波長フィルタとされる。一方、プリズム１ｃの面５ｄは、例えば入射光を全反射する全反射ミラーとなっている。
【００４４】
このような構成において、発光素子３３ｄから出射された光４３が面５ｄで反射され、面５ｃで波長λ4の光が透過される。発光素子３３ｃから出射された光４４は、面５ｃ波長λ3の光が反射される。波長λ3の光と波長λ4の光とが合波され光４５とされる。
【００４５】
発光素子３３ｂから出射された光４６は、面５ｂで波長λ2の光が反射され、光４５と合波されて光４７とされる。発光素子３３ａから出射された光４８は、面５ａで波長λ1の光が透過され、光４７と合波されて光４９とされる。この、波長λ1、λ2、λ3およびλ4の光が合波された光４９が、最終的に波長分離フィルタ１０から出射される。
【００４６】
本実施の形態５によれば、受光装置に用いたのと同一の構成の波長分離フィルタ１０を光送信装置にそのまま用いることができるため、受光装置および光送信装置の生産工程の効率化、ならびに、流通過程および製品の包装過程の効率化が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明に係る光モジュールは、光通信に用いる受光装置および光送信装置に有用であり、特に、特性の長期安定性およびトレランス裕度が要求される場合に適している。
【符号の説明】
【００４８】
１ａ，１ｂ，１ｃ  プリズム
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  受光素子
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  結像レンズ
４  コリメートレンズ
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  プリズムの面
１０  波長分離フィルタ
２０  入射光
２１，２２，２３，２４，２５，２６  光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2010267734.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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