(57)【要約】【課題】  簡単な構造の部品を用い、高精度の組立を行うことができる光学デバイスを提供する。【解決手段】  コリメート光を出射可能な３つの第１の光学部品２Ａ〜２Ｃと、３つの第１の光学部品２Ａ〜２Ｃの交点に配置された第２の光学部品３と、第１の光学部品２Ａ〜２Ｃを位置決め配置する第１及び第２の溝４ａ、４ｂと、第２の光学部品３とを位置決め配置する凹部４ｃとを備えた基板４とで構成され、第１の溝４ａは、第１の光学部品２Ａ、２Ｂより幅広の断面矩形状に形成され、３つの第１の光学部品２Ａ〜２Ｃ及び第２の光学部品３を基板に搭載した際に、第１及び第２の光学部品２Ａ〜２Ｃ、３からなる光学系の光軸が一致する光学デバイス。第１の溝４ａを、第１の光学部品２Ａからの光が第２の光学部品３を透過するときに生じるオフセット量ｄと、光学部品２Ａの直径とを加算した長さの幅を有するように形成する。【選択図】  図１
2006138905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コリメート光を出射可能な３つの第１の光学部品と、
該３つの第１の光学部品の交点に配置された第２の光学部品と、
前記第１の光学部品を位置決め配置する第１及び第２の溝と、前記第２の光学部品を位置決め配置する凹部とを備えた基板とで構成され、
前記第１の溝は、前記第１の光学部品より幅広の断面矩形状に形成され、前記３つの第１の光学部品及び前記第２の光学部品を前記基板に搭載した際に、前記第１及び第２の光学部品からなる光学系の光軸が一致することを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
前記第１の溝は、前記３つの第１の光学部品のうちの１つの光学部品からの光が前記第２の光学部品を透過するときに生じるオフセット量と、該一つの光学部品の直径とを加算した長さの幅を有することを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項３】
前記第１の溝に対向して配置される前記３つの第１の光学部品のうちの２つの光学部品は、前記第１の溝の側壁の各々に当接した状態で固定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学デバイス。
【請求項４】
前記第２の溝は、断面矩形状又は断面Ｖ字状であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の光学デバイス。
【請求項５】
前記第１の光学部品は、レンズ及び光ファイバが内蔵されたフェルールからなるコリメータであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記第２の光学部品は、分波合波機能素子、分岐結合機能素子、光減衰機能素子、発光受光素子から選択されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学デバイスに関し、特に、信号光の分波／合波、及び分岐／結合等を行うための光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータネットワーク、公衆通信、ＣＡＴＶ等に用いられる光ファイバ通信システム等では、異なる波長の信号光を合波したり、逆に、波長多重されている信号光を各々の信号成分に分波する場合に、光パッシブデバイスの一つである光分波合波器が用いられる。また、信号光のパワーを分岐したり、結合する場合には、光分岐結合器が用いられる。両者は、基本構造は略々同じであるため、以下、光分波合波器を例にとって説明する。
【０００３】
図５は、従来の光分波合波器の一例として、特許文献１に記載の光分波合波器を示す。この光分波合波器３１は、第１の光学部品としてのレンズ及び光ファイバが内蔵されたフェルールからなるコリメータ３２と、コリメータ３２により形成される光軸の交点に配置される第２の光学部品として、分波合波機能を有するフィルタ３と、これらを配置するための配置部材としての基板３４とを備え、基板３４にはコリメータ３２等を位置決めし、設置するためのＶ形状の溝（以下、「Ｖ溝」と略称する）３４ａ〜３４ｃが形成される。
【０００４】
上記光分波合波器３１では、入力ポート（入力ファイバ３２ａ＋レンズ３２ｂ）から出射されたコリメート光を、光軸上に位置するフィルタ３に入射させ、フィルタ３に入射した光は、波長に応じて透過または反射され、出力ポート３５及び３６に分離される。
【０００５】
尚、上記従来例では、機能素子を分波合波機能を有するフィルタとした場合を例にとって説明したが、機能素子については、分岐結合機能素子、光減衰機能素子、発光／受光素子等様々な素子が存在する。
【特許文献１】特許第３５６３３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来の光分波合波器３１においては、フィルタ３に、図６に示すようなフィルタ蒸着面３ａを備えた０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の厚さのガラス基板を用いると、ガラス基板の材質（屈折率）、厚さ、及び光の入射角度により、フィルタ３を透過する光の光軸がＸ方向（水平方向）にオフセットする。
【０００７】
例えば、ガラス基板の材質及び厚さを一般的な、「基板の材質：ＢＫ−７（屈折率：１．５２）、厚さ：０．５ｍｍ」とすると、光の入射角度が４５°の場合には、表１及び図７に示すように、入射光軸に対して、フィルタ３を透過したスルーポートの出射光軸は、約１７０μｍオフセットすることとなる。尚、オフセット等の計算にあたっては、下記の式を用いる。
【０００８】
【表１】
2006138905.tif 000003
【０００９】
【数１】
2006138905.tif 000004
【００１０】
尚、ガラス基板の代わりに、ポリイミドのようなフィルム状の材質で形成された基板を用いると、計算上厚さを無視することができるため、オフセットがほとんど生じないが、特許文献１に記載の構造では、フィルタをブロックに貼着するにあたって、ポリイミド等のフィルム状のフィルタを用いるのは困難であり、ガラス基板を用いるのが通常である。
【００１１】
上述のように、ガラス基板を用いると、光軸がオフセットするため、図８に示すように、入力ポートのＶ溝３４ａと出力ポートのＶ溝３４ｂも水平方向にオフセットさせて形成する必要がある。そのため、Ｖ溝作成工程が２工程となり、作業の特性上、Ｖ溝を形成するための工数が高騰し、１回の工程で１本の溝を作成する場合に比較して、数倍から１０倍程度のコスト高となるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記従来の光学デバイスにおける問題点に鑑みてなされたものであって、簡単な構造の部品を用い、高精度の組立を行うことができる光学デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は、光学デバイスであって、コリメート光を出射可能な３つの第１の光学部品と、該３つの第１の光学部品の交点に配置された第２の光学部品と、前記第１の光学部品を位置決め配置する第１及び第２の溝と、前記第２の光学部品を位置決め配置する凹部とを備えた基板とで構成され、前記第１の溝は、前記第１の光学部品より幅広の断面矩形状に形成され、前記３つの第１の光学部品及び前記第２の光学部品を前記基板に搭載した際に、前記第１及び第２の光学部品からなる光学系の光軸が一致することを特徴とする。
【００１４】
そして、本発明によれば、第１の溝を、第１の光学部品より幅広の断面矩形状に形成し、３つの第１の光学部品及び第２の光学部品を基板に搭載した際に、第１及び第２の光学部品からなる光学系の光軸を一致させるようにしたため、従来２工程必要であった溝作成工程を１工程とすることができ、簡単な構造の部品を用い、光学デバイスを高精度で組み立てることができる。
【００１５】
前記第１の溝を、前記３つの第１の光学部品のうちの１つの光学部品からの光が前記第２の光学部品を透過するときに生じるオフセット量と、該一つの光学部品の直径とを加算した長さの幅を有するように構成することができる。これによって、オフセット量を考慮して光学デバイスを高精度に組み立てることができる。
【００１６】
また、前記第１の溝に対向して配置される前記３つの第１の光学部品のうちの２つの光学部品を、前記第１の溝の側壁の各々に当接した状態で固定することができる。これによって、簡単に２つの第１の光学部品を位置決めすることができる。
【００１７】
さらに、前記第２の溝は、断面矩形状又は断面Ｖ字状とすることができる。オフセットが発生しない場合には、第２の溝の断面をＶ字状とすることができる。
【００１８】
前記第１の光学部品は、レンズ及び光ファイバが内蔵されたフェルールからなるコリメータとすることができ、前記第２の光学部品は、分波合波機能素子、分岐結合機能素子、光減衰機能素子、発光受光素子から選択することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、簡単な構造の部品によって高精度の組立が可能な光学デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明においては、本発明にかかる光学デバイスを光分波合波器とした場合を例にとって説明する。
【００２１】
図１に示すように、この光分波合波器１は、光ファイバからコリメート光を出射する機能を有すコリメータ２（２Ａ〜２Ｃ）と、分波合波機能を有する機能素子としてのフィルタ３と、コリメータ２及びフィルタ３を位置決め固定する基板４とで構成される。
【００２２】
コリメータ２は、入力ポートコリメータ２Ａ、出力ポートコリメータ２Ｂ、２Ｃであり、基板４の断面矩形状の溝４ａ、４ｂ内に位置決め固定される。尚、入力ポートコリメータ２Ａは、溝４ａ内の下方の側壁に当接するように、出力ポートコリメータ２Ｂは、溝４ａ内の上方の側壁に当接するように位置決め固定される。
【００２３】
フィルタ３は、図６に示した従来のものと同様の構成を有し、フィルタ蒸着面３ａと、フィルタ基板３ｂからなり、フィルタブロック５に貼着されている。
【００２４】
基板４は、石英やパイレックス（登録商標）等のガラス材料で形成され、図２に示すように、断面矩形状の溝４ａ、４ｂ、及び凹部４ｃが研削や切削によって機械加工されている。上述のように、図６に示したフィルタ３を用い、ガラス基板の材質及び厚さを一般的な、「基板の材質：ＢＫ−７（屈折率：１．５２）、厚さ：０．５ｍｍ」とすると、入射角度が４５°の場合には、表１及び図７に示すように、入射光軸に対して、フィルタ３を透過したスルーポートの出射光軸は、約１７０μｍオフセットする。そのため、溝４ａの幅は、出力ポートコリメータ２Ｂ、２Ｃの直径に対してオフセット分（約１７０μｍ）だけ幅広に形成している。尚、溝４ｂは、反射用として使用するため、オフセットを考慮する必要はなく、溝４ａと同じ深さとなるように形成している。凹部４ｃは、フィルタ３を搭載したフィルタブロック５を設置するためのものであり、溝４ａ、溝４ｂの形成後に加工する。
【００２５】
フィルタブロック５は、入力ポートコリメータ２Ａ、出力ポートコリメータ２Ｂ、２Ｃの各々に光路が確保された構造となっている。
【００２６】
次に、上記構成を有する光分波合波器１の動作について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１に示すように、基板４の溝４ａ内の下方の側壁に当接するように固定された入力ポートコリメータ２Ａを出射した光は、フィルタ３に入射角度４５°で入射する。入射光はλａとλｂの２波長を有するものとする。
【００２８】
フィルタ３は、図６に示すように、波長λａの光は透過、波長λｂの光は反射の分波機能を有しているため、フィルタ蒸着面３ａにて波長λａの光は透過光となり、波長λｂの光は反射光となる。
【００２９】
入射角度が４５°であるため、反射光λｂの反射角度が４５°となり、入力ポートコリメータ２Ａに対して反射角度は９０°となる。その結果、入力ポートコリメータ２Ａに対して直交するように位置する出力ポートコリメータ２Ｃと光軸が一致するため、反射光λｂは出力ポートコリメータ２Ｃと結合する。
【００３０】
一方、フィルタ蒸着面３ａを透過した波長λａの光は、フィルタ基板３ｂに入射する際に、周囲の屈折率（ｎ１）とフィルタ基板３ｂの屈折率（ｎ２）との屈折率差により屈折し、その屈折率差によって生じた屈折角度でフィルタ基板３ｂ内を通過する。そして、フィルタ基板３ｂから出射される際には、フィルタ基板３ｂの屈折率（ｎ２）と周囲の屈折率（ｎ１）との屈折率差により、屈折する。その結果、入射時はｎ１とｎ２との屈折率差、出射時はｎ２とｎ１との屈折率差による屈折により、フィルタ３への入射光と出射光は、理論上、角度は同じで、フィルタ基板３ｂを通過する距離分だけ光路がオフセットする。
【００３１】
図２に示した基板４の溝４ａは、上記オフセット分を考慮した幅に形成され、図１に示すように、出力ポートコリメータ２Ｂは、入力ポートコリメータ２Ａが位置決め固定されていた側壁とは反対側の側壁に当接するように固定されているため、出力ポートコリメータ２Ｂの光軸中心がフィルタ３の透過光λａの光軸と一致し、透過光λａは、出力ポートコリメータ２Ｂに結合する。
【００３２】
以上により、フィルタ３（フィルタ基板３ｂ）の屈折率差による光路のオフセットがあっても、一直線に加工した溝４ａで光分波合波器を構成することができる。尚、コリメータ２間に配置されるフィルタ３の分波合波素子を、分岐合成機能を持つ機能素子等に変更しても上記と同様の動作となる。また、溝４ｂは、溝４ａとコリメータ２を搭載したときの光軸高さが一致していれば、角型又はＶ型のいずれでもよい。
【００３３】
図３は、本発明にかかる光学デバイスの第２の実施の形態として、フィルタ１３において反射を２回繰り返すことにより、２つの出力ポートコリメータ１２Ｂ、１２Ｃを互いに平行に並列させた光学デバイスを示している。
【００３４】
また、図４は、本発明にかかる光学デバイスの第３の実施の形態として、図３と同様にフィルタ２３で反射を２回繰り返して２つの出力ポートコリメータ２２Ｂ、２２Ｃを互いに平行に並列させるとともに、入力ポートコリメータ２２Ａをレセプタクルポートとした場合の構成例である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にかかる光学デバイスの第１の実施の形態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は左断面図、（ｃ）は右断面図である。
【図２】図１の光学デバイスの基板を示す平面図である。
【図３】本発明にかかる光学デバイスの第２の実施の形態を示す平面図である。
【図４】本発明にかかる光学デバイスの第３の実施の形態を示す平面図である。
【図５】従来の光分波合波器の一例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は左断面図、（ｃ）は右断面図である。
【図６】光路のオフセットを説明するための図である。
【図７】光路のオフセットを計算する際の記号説明図である
【図８】従来の光分波合波器に用いられる基板を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      光分波合波器
２      コリメータ
２Ａ    入力ポートコリメータ
２Ｂ    出力ポートコリメータ
２Ｃ    出力ポートコリメータ
３      フィルタ
３ａ    フィルタ蒸着面
３ｂ    フィルタ基板
４      基板
４ａ    溝
４ｂ    溝
４ｃ    凹部
５      フィルタブロック
１２Ａ  入力ポートコリメータ
１２Ｂ  出力ポートコリメータ
１２Ｃ  出力ポートコリメータ
１３    フィルタ
２２Ａ  入力ポートコリメータ
２２Ｂ  出力ポートコリメータ
２２Ｃ  出力ポートコリメータ
２３    フィルタ
【図１】
2006138905.tif 000005
【図２】
2006138905.tif 000006
【図３】
2006138905.tif 000007
【図４】
2006138905.tif 000008
【図５】
2006138905.tif 000009
【図６】
2006138905.tif 000010
【図７】
2006138905.tif 000011
【図８】
2006138905.tif 000012