(57)【要約】【課題】  ガラス素子を使用して所与の減衰を得るために必要な傾き角を決定するときの複雑さを解消する。【解決手段】  対物表面４０２と、内径および外径と、その基準平面５００および表面により規定される傾き角とによって定まるアキシコンミラー４０６と、アキシコンミラー４０６の内径内にある像表面４０４とを含んでなるレンズ構造体４００を提供する。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物表面と、
内径および外径と、その基準平面および表面により規定される傾き角とによって定まるアキシコンミラーと、
該アキシコンミラーの内径内にある像表面と
を含んでなるレンズ構造体。
【請求項２】
前記アキシコンミラーの傾き角は４５°よりも大きいものである請求項１に記載のレンズ構造体。
【請求項３】
前記アキシコンミラーの傾き角は、前記アキシコンミラーに入射する光線の全内部反射を提供するように前記対物表面に対して最適化されている請求項１に記載のレンズ構造体。
【請求項４】
前記アキシコンミラーの傾き角は、順方向の光路に対して非対称的な戻り光路を提供するように前記対物表面に対してさらに最適化されている請求項３に記載のレンズ構造体。
【請求項５】
前記レンズ構造体はモノリシックポリマ構造体であり、該モノリシックポリマ構造体は前記対物表面と前記像表面と前記アキシコンミラーとをその中に成型している請求項１に記載のレンズ構造体。
【請求項６】
前記モノリシックポリマ構造体の内部に成型された筐体をさらに含む請求項５に記載のレンズ構造体。
【請求項７】
前記筐体は、トランジスタアウトライン（ＴＯ）カンである請求項６に記載のレンズ構造体。
【請求項８】
対物表面と、
内径および外径と、その基準平面および表面により規定される傾き角とによって定まるアキシコンミラーと、
該アキシコンミラーの内径内にある像表面とを含むレンズ構造体と、
該レンズ構造体の対物表面に向けて光を送信する位置にある光源と、
前記アキシコンミラーから反射された光を受光する位置にある光検出装置と
を含んでなる光送信器。
【請求項９】
前記光源は、垂直空洞面発光型レーザである請求項８に記載の送信器。
【請求項１０】
前記レンズ構造体に対して、前記光源と前記光検出装置と光ファイバとの相互の位置を定める機構を備えた筐体をさらに含む請求項８に記載の送信器。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
レーザダイオードなどの固体光源が放射した光信号を減衰するために、種々のコーティング、回折光素子、光吸収材、および／または、能動光電素子が使用されている。
【０００２】
たとえば、光信号の減衰を提供する１つの一般的な方法は、スライドまたはレンズなどのガラス素子に透過制御コーティングを塗布することである。そして、（たとえばガラスフリットプロセスによって）金属製ヘッダカン（metal header can）上にガラス素子を密閉し、（たとえばトランジスタアウトライン（transistor outline：以下、「ＴＯ」とよぶ）カンなどの）金属製ヘッダカンをヘッダに溶接し、この上に固体光源を装着する。ガラス素子が提供する減衰の程度は、光源面に対する傾斜と、使用する透過制御コーティング組成のタイプとに依存する。傾き角が小さければ小さい減衰が提供され、傾き角が大きければ大きな減衰が提供される。傾き角は、光源が放射した光をモニタリングする光検出装置に反射される光の量にも影響を与える。このようなガラス素子を使用することには、所与の減衰のために必要な傾き角を決定する複雑さ、傾き角が変化する場合に必要となる透過制御コーティング組成、部品の数、部品組み立ての複雑さなどの欠点を伴う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記のガラス素子を使用して所与の減衰を得るために必要な傾き角を決定するときの複雑さを解消するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、レンズ構造体は、対物表面と像表面とアキシコンミラー（axicon mimrror）とを含む。アキシコンミラーは、その内径と外径と傾き角とによって定義され、傾き角はアキシコンミラーの基準平面（plane）とアキシコンミラーの表面（円錐状）とによって定義される。像表面はアキシコンミラーの内径内に位置するものである。
【０００５】
別の実施形態では、光送信器は、レンズ構造体と光源と光検出装置とを含む。レンズ構造体は、対物表面と像表面とアキシコンミラーとを含む。アキシコンミラーは、その内径と外径と傾き角とによって定義され、傾き角はアキシコンミラーの基準平面とアキシコンミラーの表面とによって定義される。像表面は、アキシコンミラーの内径内に位置する。光源はレンズ構造体の対物面へと光を送信するように位置し、光検出装置はアキシコンミラーから反射された光を受光するように位置する。
【０００６】
さらに別の実施形態では、異なる光減衰特性を有するレンズ構造体を作成する方法は、複数の金型空洞の各々に共通の成型材を注入することを含む。各金型空洞は、１）対物面と、２）内径と外径と傾き角とによって定義されるアキシコンミラーであって、傾き角がアキシコンミラーの基準平面および表面により定義されているアキシコンミラーと、３）アキシコンミラーの内径内にある像表面とを有するレンズ構造体を定義する。異なる金型空洞は、像表面部とアキシコンミラーの異なる組み合わせを定めるものであり、異なるいくつかのアキシコンミラーは共通の外径および傾き角を共有するが、異なる内径を有する。ポリマ材を金型空洞に注入した後に、成型した部品を各空洞から除去する。
【０００７】
他の実施形態も開示される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アキシコンミラーの内径や外径や傾き角を変えることにより、光減衰特性を容易に変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を例示する現状での好ましい実施形態を図面に示す。
【００１０】
図１は、光送信器１０２と、光ファイバ１０４と、光受信器１０６とを含む例示的な光通信システム１００を示している。ファイバ１０４は、送信器１０２に光学結合された送信器の端面１０８と、受信器１０６に光学結合された受信器の端面１１０とを含む。通信システム１００の用途に依存して、ファイバ１０４は、マルチモード、シングルモード、または、他のタイプのファイバの形態をとりうる。通信システム１００の用途に依存して、ファイバ１０４は、マルチモード、シングルモード、または、他のタイプのファイバの形態をとることができ、たとえば、６２．５／１２５μｍ、５０／１２５μｍ、または、１００／１４０μｍのマルチモードファイバや、９／１２５μｍのシングルモードファイバや、２００μｍのＨＣＳ（ハードクラッドシリカ）ファイバなどを含むが、これらに限定されるものではない。ファイバ１０４によって、光通信システム１００は、送信器１０２と受信器１０６との間で（たとえばデータなどの）信号を送信することができる。
【００１１】
光送信器１０２の例としての実施形態を図２から図５に示す。光送信器１０２は、対物表面４０２と、像表面４０４と、アキシコンミラー４０６とを有するレンズ構造体４００（図４）を含む。アキシコンミラー４０６は、内径（Ｉ）、外径（Ｏ）、傾き角（θ）によって定義される。傾き角は、アキシコンミラー４０６の基準平面（plane）５００とアキシコンミラー４０６の表面（円錐状の面）によって規定されるものである（図５を参照）。像表面４０４は、アキシコンミラー４０６の内径内に位置する。対物表面４０２と像表面４０４とは、種々の形態であってもよいが、好ましくは凸面である。
【００１２】
さらに、光送信器１０２は、光源４０８と光検出装置４１０とを含む。光源４０８はレンズ構造体４００の対物表面４０２へ向かって光を送信する位置にあり、また、光検出装置４１０はアキシコンミラー４０６から反射された光を受光する位置にある。一実施形態では、光源４０８と光検出装置４１０はトランジスタアウトライン（ＴＯ）カンヘッダ４１２などの共通基板上に装着される。
【００１３】
光源４０８は、種々の形態をとりうるが、好ましくは垂直空洞面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）などの面発光型レーザダイオードである。光源４０８は、放射された光５０２、５０４がレンズ構造体４００の対物表面４０２上へと投射されるように、選択されて配置される。一実施形態では、対物表面４０２の形状は、入射光５０２、５０４が平行（または少なくとも実質的に平行）になるように選択される。そして、対物表面４０２を通過した光の第１の部分５０２は、レンズ構造体４００の像表面４０４を通過し、光ファイバ１０４の送信器端面１０８の中へと入る。像面４０４の形状は、像表面４０４を介して送信される光５０２がファイバ１０４の送信器端面１０８上に集光されるように選択することができる。
【００１４】
レンズ構造体４００の対物表面４０２を介して通過する光の第２の部分５０４は、アキシコンミラー４０６に入射する。好ましくは、アキシコンミラー４０６の傾き角（θ）は、アキシコンミラー４０６に入射する光線５０４の全内部反射を提供するように、レンズ構造体４００の対物表面４０２に対して最適化される。
【００１５】
場合によっては、アキシコンミラー４０６の傾き角は、順方向の光路に対して非対称的な戻り光路を提供するように、レンズ構造体４００の対物表面４０２に対して最適化することができる。このように、アキシコンミラー４０６が反射する光５０４は放射元の光源４０８には向けられず、光源４０８の周囲にあるリング６００に反射される（図６を参照）。
【００１６】
レンズ構造体４００の対物表面４０２を通過する光５０２および５０４を実質的に平行にするためには、アキシコンミラー４０６の傾き角を４５°よりも幾分大きくすべきである。
【００１７】
光検出装置４１０は、アキシコンミラー４０６が反射する光のリング６００と交差するように配置される。このようにして、光検出装置４１０を使用して光源４０８が放射する光の強度をモニタリングすることができ、光源４０８の駆動信号（複数可）を適切に調節し、たとえば、光源４０８の強度を調節するか、または、障害が起きても光源４０８が破損しないように保護することができる。一実施形態では、光検出装置４１０は、ＰＩＮ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ−ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ−ｎｅｇａｔｉｖｅ）ダイオードである。アキシコンミラー４０６が、光源４０８と光検出装置４１０が装着された基板４１２に向けて（点光源の代わりに）光のリング６００を反射した結果、光検出装置４１０が配置される実質的な余地（leeway）が生まれ、その余地は、使用される光検出装置４１０のタイプおよびサイズと同じである。光検出装置４１０の３箇所の可能な位置４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃと形状とを図６に示す。
【００１８】
光源４０８がレンズ構造体４００の対物面４０２に対して適切な位置にあり、対物面４０２の形状が適切であれば、光源４０８が放射する光５０２、５０４の全部（または少なくとも実質的に全部）が、像表面４０４またはアキシコンミラー４０６に入る。像表面４０４に入る部分５０２は、光ファイバ１０４へと集光され、光送信器１０２の主な目的を達成し、アキシコンミラー４０６に入る部分５０４はモニタリングのために光検出装置４１０に向かって反射される。アキシコンミラー４０６の大きさ「Ａ」を変えることにより（図７および図８のアキシコンミラー４０６、４０６ａ、像面４０４、４０４ａ、大きさＡ1、Ａ2を参照のこと）、レンズ構造体４００は異なる程度の減衰を提供することができる。たとえば１．６０ｍｍの外径と４６°の傾き角とを有するアキシコンミラー４０６を使用した実験において、「Ａ」が０．４５ｍｍから０．９５ｍｍまで変化すると図９に示す減衰が得られることが示されている。
【００１９】
レンズ構造体４００は光吸収材を使用せずに光減衰を提供することができるので、レンズ構造体４００は、理論的には１００％に近い光パワー保持を提供するが、現実には（たとえば１％から５％などの）数パーセントの散乱または拡散が生じる。しかし、図２から図５に示すレンズ構造体４００は正確な構成に応じて、これまでのレンズ構造体よりも実質的に優れた光パワー保存を提供する。これまでのレンズ構造体では、光吸収材またはコーティングに依存して光信号が減衰している。
【００２０】
図１０と図１１に示すように、図２から図５に示すレンズ構造体４００は、一定範囲の光源の位置および傾斜に対する許容性がある。
【００２１】
図４に示すように、レンズ構造体４００は、モノリシックポリマ構造体の形態をとり、対物表面４０２と像表面４０４とアキシコンミラー４０６とをこの中に（たとえば射出成型などで）成型することができる。種々の光学面４０２、４０４、４０６に加えて、レンズ構造体４００は、筐体４１４を含みうる（または筐体４１４と統合することができる）。一実施形態では、筐体４１４はＴＯカンでありうる（またはＴＯカンを含みうる）。この方法により、レンズ構造体の光学面４０２、４０４、４０６と筐体４１４とを単一の成型された部分として形成できるので、製造工程数が低減し、光送信器１０２の部品数も低減する。
【００２２】
筐体４１４は、レンズ構造体４００を支えるかまたはレンズ構造体４００と統合されていることに加えて、光源４０８、光検出装置４１０、光ファイバ１０４のレンズ構造体４００に対する位置を定め、そして、（たとえば、くぼみ、レセプタクル、ブラケット、カプラなどの）これらの構成要素相互の位置を定める機構も有している。たとえば、筐体４１４は、光ファイバ１０４を受け止め、レンズ構造体４００の像表面４０４に対する光ファイバ１０４の位置を定めるストップ部４１６を伴うレセプタクルを含みうる。筐体４１４は、光源４０８および光検出装置４１０をその上に装着するＴＯカンヘッダ４１２に係合するためのくぼみも含みうる。
【００２３】
たとえばダイアモンド回転加工によって形成された金型空洞に、たとえばポリエーテルイミド（ＰＥＩ）などのポリマを射出成型することによって、対物表面４０２と像表面４０４とアキシコンミラー４０６とこれらを統合した何らかの筐体４１４とを含むレンズ構造体を製造することができる。適切な１つのポリマは、ゼネラルエレクトリック社が販売するアモルファス熱可塑性ＰＥＩ樹脂であるＵｌｔｅｍ（登録商標）である。Ｕｌｔｅｍ（登録商標）は、８５０ｎｍと１３００ｎｍの波長において高い透過係数を示し、光受信器や光送信器や光トランシーバの各モジュールで使用するのに適した材料である。Ｕｌｔｅｍ（登録商標）は約２１５℃の高いガラス遷移温度を有するので、（たとえば超音波溶接などの）高温ハンダなどのモジュールの処理が製造中に可能である。レンズ構造体４００は、射出成型、研磨、または、その他の加工によって、（たとえば、他のポリマまたはガラスなどの）適切な光学特性を有する他の材料を使用して製造することができる。
【００２４】
図１２は、異なる光減衰特性を有するレンズ構造体の製造方法１２００を示す。方法１２００は、（たとえばポリマなどの）共通の成型材を複数の金型空洞の各々へと注入すること（１２０２）を含む。各金型空洞は、対物表面、像表面、アキシコンミラーを有するレンズ構造体を画定する。しかし、異なる金型空洞は異なる像表面とアキシコンミラーとの組み合わせを画定し、異なるアキシコンミラーは共通の外径および傾き角を共有するが異なる内径を有する。図７および図８は、像表面４０４、４０４ａと、アキシコンミラー４０６、４０６ａとの２つの組み合わせを示す。金型空洞にポリマ材を注入した後、成型された部品を各空洞から取り出すこと（１２０４）ができる。
【００２５】
（たとえば傾き角または外径を変えるなど）アキシコンミラー４０６が提供する減衰を変える方法は他にもあるが、ミラーの内径を変えることは、比較的に簡単で容易に実施できる変化を提供する。
【００２６】
方法１２００の一実施形態では、共通のポリマ材を単一の鋳型へと注入することができる。ここで、像表面４０４、４０４ａと、アキシコンミラー４０６、４０６ａとの異なる組み合わせを提供するように、異なる金型空洞を構成する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】例としての光通信システムを示すブロック図である。
【図２】図１に示す光送信器の例としての実施形態の送信器の外側立面図である。
【図３】図１に示す光送信器の例としての実施形態の送信器の端面図である。
【図４】図１に示す光送信器の例としての実施形態の送信器の断面図である。
【図５】図４に示すレンズ構造体の分解組立図である。
【図６】図２〜図５に示す光送信器の光源に対して反射された光のパターンを示す概略図である。
【図７】異なる大きさ「Ａ」を伴うアキシコンミラーを有するレンズ構造体を示す概略図である。
【図８】異なる大きさ「Ａ」を伴うアキシコンミラーを有するレンズ構造体を示す概略図である。
【図９】アキシコンミラーのレンズ構造体の大きさ「Ａ」の変化と、この変化によりレンズ構造体が提供する光減衰に与える影響を示すグラフである。
【図１０】図２〜図５に示すレンズ構造体が一定範囲の光源の位置に対して有する許容性を示すグラフである。
【図１１】図２〜図５に示すレンズ構造体が一定範囲の光源の傾斜に対して有する許容性を示すグラフである。
【図１２】異なる光減衰特性を有するレンズ構造体を製造する方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００２８】
１００  光通信システム
１０２  光送信器
１０４  光ファイバ
１０６  光受信器
１０８  送信器の端面
１１０  受信器の端面
４００  レンズ構造体
４０２  対物面
４０４  像面
４０６  アキシコンミラー
４０８  光源
４１０  光検出装置
４１２  トランジスタアウトラインカンヘッダ
４１４  筐体
５０２  入射光
５０４  入射光
６００  リング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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