(57)【要約】【課題】光ファイバの結合効率を高めることができる光通信モジュール及び光通信モジュール用光学素子を提供する。【解決手段】温度変化による第１の光学素子ＯＥの屈折率変化に起因する焦点位置の変動（図１（ａ）参照）と、温度変化による第１の光学素子ＯＥの段差による波面変化に起因する焦点位置の変動（図１（ｂ）参照）との絶対値をほぼ等しくすることで、第１の光学素子ＯＥを通過した光の波面ＷＳの形状を、温度変化に関わらず維持することができる。【選択図】図１
2006323369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの端面から出射される波長λ１の光が入射し、受光面を有する第１の受光素子と、
波長λ２（λ１≠λ２）の光を出射する発光素子と、
前記第１受光素子及び前記発光素子と前記光ファイバの端面との間に配置され、前記光ファイバの端面から出射される波長λ１の光を前記第１の受光素子の受光面に集光し、前記発光素子から出射されたλ２の光を前記光ファイバの端面に集光する第１の光学素子と、を備えた光通信モジュールであって、
前記第1の光学素子は、正の屈折力を有する第１光学面と、前記波長λ２の光が通過したときは、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｍ（ｍは０を含む整数）次回折光を生成し、前記波長λ１の光が通過したときは、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｎ（ｍ≠ｎ、ｎは整数）次回折光を生成する回折構造が形成された第２光学面と、を備え、
前記第１光学面と前記第２光学面の少なくとも一方は、少なくとも、光軸を含む第１光学機能面と、前記第１光学機能面の周囲に位置し、前記第１光学機能面に対して光軸方向に形成された段差を介して設けられた第２光学機能面とに分割されていることを特徴とする光通信モジュール。
【請求項２】
前記発光素子と前記第１の光学素子との間に配置され、正の屈折力を有する第２の光学素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
【請求項３】
前記回折構造は、前記波長λ２の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高い０次回折光を発生し、前記波長λ１の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｎ（ｎは０以外の整数）次回折光を発生するようになっており、
前記第１光学面と前記第２光学面の一方は、少なくとも前記第１光学機能面と前記第２光学機能面を含み、光軸方向に段差を有する複数の光学機能面に分割されてなり、
前記分割された光学機能面の数が２〜４のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信モジュール。
【請求項４】
前記分割された光学機能面の数が２または３であることを特徴とする請求項３に記載の光通信モジュール。
【請求項５】
当該分割された各光学機能面を光軸方向から見た場合の幾何学的重心位置が、光軸と一致することを特徴とする請求項３又は４に記載の光通信モジュール。
【請求項６】
前記分割された光学機能面の少なくとも一つは、光軸を中心とした輪帯であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項７】
前記回折構造は、前記波長λ２の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高い０次回折光を発生し、前記波長λ１の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｎ（ｎは０以外の整数）次回折光を発生するようになっており、
前記第１光学面と前記第２光学面の少なくとも一方は、少なくとも前記第１光学機能面と前記第２光学機能面を含み、光軸方向に形成された段差を有する複数の光学機能面に分割され、前記分割された光学機能面の面積比率が以下の式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信モジュール。
０．０５≦Ｓｎ／Ｓ０≦０．６８          （１）
ただし、
Ｓｎ：前記分割された光学機能面が設けられた光学面を光軸方向に、それに直交する面に投影した領域の面積
Ｓ０：前記分割された光学機能面のうち光軸から最も遠い光学機能面を外周光学機能面としたときに、外周光学機能面より内側の光学機能面を光軸方向に、それに直交する面に投影した領域の面積
【請求項８】
前記分割された光学機能面の面積比率が以下の式を満たすことを特徴とする請求項７に記載の光通信モジュール。
０．０８≦Ｓｎ／Ｓ０≦０．５８            （２）
【請求項９】
前記分割された光学機能面の少なくとも一つは、光軸を中心とした輪帯であることを特徴とする請求項７又は８に記載の光通信モジュール。
【請求項１０】
前記分割された光学機能面は、光軸を中心とした輪帯であり、前記輪帯のうち、最も外側の輪帯を除いた領域に対応する開口数ＮＡｎは、前記輪帯が設けられた光学面の開口数ＮＡ０に対して、以下の式を満たすことを特徴とする請求項９に記載の光通信モジュール。
０．２２≦ＮＡｎ／ＮＡ０≦０．８３          （３）
【請求項１１】
前記回折構造は、前記波長λ２の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高い０次回折光を発生し、前記波長λ１の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｎ（ｎは０以外の整数）次回折光を発生する回折構造であり、
前記第１光学面と前記第２光学面の少なくとも一方には、少なくとも前記第１光学機能面と前記第２光学機能面を含み、光軸方向に形成された段差を有する複数の光学機能面に分割され、前記分割された光学機能面の光軸方向段差量ｄが以下の式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信モジュール。
３．１［／ｍｍ］×λ２≦ｄ／ｆ≦５．８［／ｍｍ］×λ２      （４）
ただし、
ｆ：前記第１の光学素子の焦点距離
【請求項１２】
前記分割された光学機能面の光軸方向段差量ｄが以下の式を満たすことを特徴とする請求項１１に記載の光通信モジュール。
２．９［／ｍｍ］×λ１≦ｄ／ｆ≦５．４［／ｍｍ］×λ１        （５）
【請求項１３】
前記分割された光学機能面の少なくとも一つは、光軸を中心とした輪帯であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の光通信モジュール。
【請求項１４】
前記第１光学面が、少なくとも、光軸を含む第１光学機能面と、前記第１光学機能面の周囲に位置し前記第１光学機能面に対して第1光学素子の光軸方向の厚みが厚くなる方向に段差を介して設けられた第２光学機能面とに分割されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項１５】
前記波長λ１および前記波長λ２が以下の条件を満足することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の光通信モジュール。
１４８０ｎｍ≦λ１≦１５００ｎｍ                  （６）
１２８０ｎｍ≦λ２≦１３４０ｎｍ                  （７）
【請求項１６】
前記光通信モジュールは、さらに光ファイバの端面から出射される波長λ３の光が入射し、前記第１受光素子とは異なる第２受光素子を備え、
前記第１光学素子の前記第２光学面に形成された前記回折構造は、波長λ３（λ1≠λ３、λ２≠λ３）の光が通過したときは発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｑ（ｍ≠ｑ、ｑは整数）次回折光を生成する回折構造であり、
前記第1光学素子は、前記光ファイバの端面から出射される前記波長λ３の光を、前記第２受光素子の受光面に集光することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項１７】
前記波長λ１、λ２、λ３が以下の条件を満足することを特徴とする請求項１６に記載の光通信モジュール。
１４８０ｎｍ≦λ１≦１５００ｎｍ                    （９）
１２８０ｎｍ≦λ２≦１３４０ｎｍ                   （１０）
１５３０ｎｍ≦λ３≦１５７０ｎｍ                   （１１）
【請求項１８】
前記光ファイバの端面は  軸線に対して傾いていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項１９】
前記光ファイバの端面は  軸線に対して直交していることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項２０】
前記回折構造は、前記波長λ１の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高い１次回折光を生成することを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項２１】
前記回折構造は、所定方向に周期的に形成されたエシュロン型回折構造であることを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項２２】
前記第１の光学素子は樹脂製であることを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項２３】
前記第１光学機能面と前記第２光学機能面を備えた光学面は、光路差付与構造を有することを特徴とする請求項１〜２２のいずれかに記載の光通信モジュール。
【請求項２４】
第１受光素子及び発光素子と光ファイバの端面との間に配置され、前記光ファイバの端面から出射される波長λ１の光を前記第1受光素子の受光面に集光し、前記発光素子から出射されたλ２（λ１≠λ２）の光を前記光ファイバの端面に集光する、光通信モジュール用光学素子であって、
正の屈折力を有する第１光学面と、
前記波長λ２の光が通過したときは発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｍ（ｍは０を含む整数）次回折光を発生し、前記波長λ１の光が通過したときは発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｎ（ｍ≠ｎ  ｎは整数）次回折光を発生する回折構造が形成された第２光学面とを備え、
前記第１光学面と前記第２光学面の少なくとも一方は、少なくとも、光軸を含む第１光学機能面と、前記第１光学機能面の周囲に位置し、前記第１光学機能面に対して光軸方向に段差を介して設けられた第２光学機能面とに分割されていることを特徴とする光通信モジュール用光学素子。
【請求項２５】
前記第１光学面が、少なくとも、光軸を含む第１光学機能面と、前記第１光学機能面の周囲に位置し前記第１光学機能面に対して第1光学素子の光軸方向の厚みが厚くなる方向に段差を介して設けられた第２光学機能面とに分割されていることを特徴とする請求項２４に記載の光通信モジュール用光学素子。
【請求項２６】
前記波長λ１および前記波長λ２が以下の条件を満足することを特徴とする請求項２４又は２５に記載の光通信モジュール光学素子。
１４８０ｎｍ≦λ１≦１５００ｎｍ            （１２）
１２８０ｎｍ≦λ２≦１３４０ｎｍ            （１３）
【請求項２７】
さらに、前記光ファイバの端面から出射される前記波長λ３の光を、前記第1受光素子とは異なる第２受光素子の受光面に集光するように、
前記第２光学面に形成された前記回折構造は、波長λ３（λ1≠λ３、λ２≠λ３）の光が通過したときは発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｑ（ｍ≠ｑ、ｑは整数）次回折光を生成するような回折構造であることを特徴とする請求項２４又は２５に記載の光通信モジュール用光学素子。
【請求項２８】
前記波長λ１、λ２、λ３が以下の条件を満足することを特徴とする請求項２７に記載の光通信モジュール光学素子。
１４８０ｎｍ≦λ１≦１５００ｎｍ              （１４）
１２８０ｎｍ≦λ２≦１３４０ｎｍ              （１５）
１５３０ｎｍ≦λ３≦１５７０ｎｍ              （１６）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの端部に取り付けられて、光ファイバを介して送信された光信号を受信すると共に、光ファイバを介して光信号を送信するための光通信モジュール及び光通信モジュール用光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長の異なる光を用いた双方向伝送による光通信システムでは、光ファイバを介して光信号を送受する端末に、受光素子や発光素子やレンズ等からなる光学系を含む光通信モジュールを設けることが行われている。従来の光通信モジュールにおいては、光学系を構成する光学素子として、ガラス製のレンズを用いることが多かった。しかるに、ガラス製のレンズは比較的高価であるため、これを樹脂製のレンズとすることが検討されている。しかしながら、一般的な樹脂製のレンズにおいては、温度変化により無視できない屈折率変化が生じるため、例えば発光素子から出射された光束を、光ファイバの端面に適切に結像させることができず、それにより光ファイバの結合効率が低下する恐れがある。
【０００３】
これに対し、特許文献１に記載の半導体レーザモジュールでは、樹脂製の集光レンズの光学面に回折輪帯構造を形成し、温度変化により集光レンズに屈折率変化が生じたときには、半導体レーザからの発振波長も変化することを利用して、温度変化に対する半導体レーザ発振器の発振波長の移動に伴う焦点移動と、前記樹脂製レンズの温度変化による屈折率変化と熱膨張若しくは熱収縮とに伴う焦点移動とを互いに相殺することで、温度補償を行っている。
【特許文献１】特開平１１−１４２６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、特許文献１に記載の半導体レーザモジュールでは、光ファイバに対して発光素子から出射された光を送る場合にのみ温度補償が可能となるが、光ファイバから送られてくる光を受光素子で受ける場合には、光ファイバを伝播して送られてくる光の発振波長は、半導体レーザモジュール側の温度変化により変化しない。そのため、温度変化により集光レンズに屈折率変化が生じた場合に、その焦点移動を抑制できないという問題がある。
【０００５】
又、特許文献１に記載の半導体レーザモジュールのように、集光レンズに多数の回折輪帯を形成すると、効率の低下を免れず、光量低下は通信に重大な影響を及ぼすため、好ましくないという問題もある。そもそも回折輪帯を用いた技術は広く知られており、たとえば光ピックアップ装置の分野においては、球面収差補正のために採用され、その目的とするところは異フォーマット（基板厚が異なる）の光ディスクの互換、色収差補正、色球面収差補正などである。微小なピント調整に関しては、対物レンズをオートフォーカスすることで対応しており、半導体レーザの発振シフトによる焦点移動と、樹脂製レンズの温度変化による屈折率変化と熱膨張若しくは熱収縮とによる焦点移動とを、精度良く釣り合わせることは設計上困難である。
【０００６】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、光ファイバの結合効率を高めることができる光通信モジュール及び光通信モジュール用光学素子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】
【０００７】
請求項１に記載の光通信モジュールは、
光ファイバの端面から出射される波長λ１の光が入射し、受光面を有する第１の受光素子と、
波長λ２（λ１≠λ２）の光を出射する発光素子と、
前記第１受光素子及び前記発光素子と前記光ファイバの端面との間に配置され、前記光ファイバの端面から出射される波長λ１の光を前記第１の受光素子の受光面に集光し、前記発光素子から出射されたλ２の光を前記光ファイバの端面に集光する第１の光学素子と、を備えた光通信モジュールであって、
前記第1の光学素子は、正の屈折力を有する第１光学面と、前記波長λ２の光が通過したときは、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｍ（ｍは０を含む整数）次回折光を生成し、前記波長λ１の光が通過したときは、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｎ（ｍ≠ｎ、ｎは整数）次回折光を生成する回折構造が形成された第２光学面と、を備え、
前記第１光学面と前記第２光学面の少なくとも一方は、少なくとも、光軸を含む第１光学機能面と、前記第１光学機能面の周囲に位置し、前記第１光学機能面に対して光軸方向に形成された段差を介して設けられた第２光学機能面とに分割されていることを特徴とする。
【０００８】
まず、本構成が適用される光通信モジュールの場合、可動機構を有さずに、組み立てられた初期状態をできる限り保つような構成であることが求められる。又いわゆるＮＡも光ディスクの分野に比べると小さいので、球面収差補正よりも、ピント位置を保つような工夫（デフォーカス量を小さくする工夫）が要求される。
【０００９】
この点について詳述すると、本発明のような送信側・受信側の両方の機能を有する、いわゆる双方向通信の光通信モジュールは、パーソナルコンピュータばかりでなく、家庭用情報機器などへの応用を目的として、小型化が要望されている。それに伴い受光側・発光側の半導体素子がともに小型化され、とくに小型化された受光側素子は、集光スポットの大きさ変動に敏感となる。そこで、結合効率、ひいては通信の高速化・安定化のために、光通信モジュール内の光学素子は、焦点距離が一定に保たれるような工夫が要求されているのである。
【００１０】
そこで本発明者らは、鋭意検討の結果、大幅な効率低下を招くことなく、また可動部品などを必要とせずに、温度変化によるピント位置変化の少ない光学素子を工夫し、使用可能な温度範囲が大幅に広がった光通信モジュールを得ることに成功した。
【００１１】
本構成を、より具体的に説明する。本発明の光通信モジュールにおいて、前記発光素子に半導体発光素子を用いた場合、発光素子の出力時の発熱により温度が上昇する。特に発光パワーを向上させると、光通信モジュール内の温度上昇が顕著になる。主に樹脂を用いた光学素子にあっては、温度上昇に起因する屈折率変化に伴い、焦点距離が長くなる傾向にある。すなわち、温度上昇による焦点距離の伸長は不可避であり、結果として受光素子に形成する集光スポット形状があいまいになったり、光ファイバ端面上での集光スポットが大きくなり結合効率が低下する。
【００１２】
そこで本発明では、前記第１光学面と前記第２光学面の一方を、複数の光学機能面に分割し、かかる光学機能面を光軸方向にシフトさせることにより温度補償を行うようにしている。この光学機能面のシフトによって形成する段差の数は、少数であって、これにより透過する光束の波面をシフトさせ、焦点距離の変動を抑制するようにしている。そのため、光学素子の厚みが減少する向きに段差を設ける。例えば、光学素子の光学面において、中央部に位置する光学機能面を、その外側に位置する光学機能面よりも、光軸方向に凹むようにシフトさせる。また分割してシフトされた光学機能面は少数であることが好ましい。この分割数を２〜４、好ましくは２〜３と少なく抑えることで、分割境界部分の形状誤差による散乱光を抑制し、効率の維持を図ることができる。光ファイバからの光量は、受信側の状態によって少ない場合もあり得、特許文献１の技術では、集光レンズの効率の低下により受光素子での光量を損失し、S/Nの低下をもたらしてしまう恐れがある。
【００１３】
本構成の原理を、図１（ａ）〜１（ｃ）を参照して説明する。図１（ａ）において、第１の光学素子（不図示）を通過した光の波面は、基準温度においては、実線ＷＳで示すように球面の一部となり、その球面の中心である位置Ａに焦点を結ぶこととなる。ここで、第１の光学素子を樹脂などで形成した場合、温度上昇が生じたときに、それによる屈折率変化が無視できなくなる。このような屈折率変化が生じると、第１の光学素子を通過した光の波面は、点線ＷＳ’で示すように、より半径の大きな球面の一部となり、その球面の中心である位置Ｂに焦点を結ぶこととなる。即ち、温度上昇により焦点位置は、第１の光学素子から離れる方向に移動することとなる。
【００１４】
ここで、第１の光学素子の光学面に、光軸方向にシフトした光学機能面を設けた形態を考える。図１（ｂ）においては、説明を簡略化するために、第１の光学素子ＯＥを平行平板で示しており、その中央に光軸を中心として円形の第１光学機能面ＯＰ１を形成し、その周囲に第２光学機能面ＯＰ２を形成している。
【００１５】
ここで、第１の光学素子ＯＥに入射する光の波面ＷＳを平面としたときに、第１の光学素子ＯＥから出射する光においては、中央の第１光学機能面ＯＰ１に対応する波面ＷＳ１が、周囲の第２光学機能面ＯＰ２に対応する波面ＷＳ２よりも早い位相で進行する。この進行の度合い（位相差）は、光学機能面ＯＰ１，ＯＰ２の段差ｄに依存するので、例えば基準温度においては、段差ｄを調整することで、波面ＷＳ１と波面ＷＳ２の位相を合わせることができ、それにより見かけ上、第１の光学素子ＯＥから出射する光の波面を、入射波面ＷＳと同じ平面とすることができる。この場合には、焦点位置（ここでは無限遠方）は変化しないこととなる。
【００１６】
一方、第１の光学素子ＯＥの温度が変化した場合、第１の光学素子ＯＥを構成する材料の屈折率が変化し、それにより波面の位相差が変化する。例えば第１の光学素子ＯＥの温度が上昇したとすると、屈折率が低下し中央の第１光学機能面ＯＰ１に対応する波面ＷＳ１と、周囲の第２光学機能面ＯＰ２に対応する波面ＷＳ２との位相差が小さくなる（図１（ｂ）に示す点線参照）ので、それらにより近似的に形成される波面ＷＳｔは、凹状となって焦点位置は無限遠方から近接位置へと変動することとなる。
【００１７】
以上より明らかであるが、温度変化による第１の光学素子の屈折率変化に起因する焦点位置の変動（図１（ａ）参照）と、温度変化による第１の光学素子の段差による波面変化に起因する焦点位置の変動（図１（ｂ）参照）とは、変動方向が逆であるので、これらの絶対値をほぼ等しくすることで、第１の光学素子を通過した光の波面ＷＳの形状を、温度変化に関わらず維持することができ、それにより焦点位置の変動を抑制することができる（図１（ｃ）参照）。又、光学機能面の数を４以下、好ましくは３以下とすることで、光量低下を抑制することができる。
【００１８】
請求項２に記載の光通信モジュールは、請求項１に記載の発明において、前記発光素子と前記第１の光学素子との間に配置され、正の屈折力を有する第２の光学素子を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の光通信モジュールは、請求項１又は２に記載の発明において、前記回折構造は、前記波長λ２の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高い０次回折光を発生し、前記波長λ１の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｎ（ｎは０以外の整数）次回折光を発生するようになっており、
前記第１光学面と前記第２光学面の一方は、少なくとも前記第１光学機能面と前記第２光学機能面を含み、光軸方向に段差を有する複数の光学機能面に分割されてなり、
前記分割された光学機能面の数が２〜４のいずれかであることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の光通信モジュールは、請求項３に記載の発明において、前記分割された光学機能面の数が２または３であることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の光通信モジュールは、請求項３又は４に記載の発明において、当該分割された各光学機能面を光軸方向から見た場合の幾何学的重心位置が、光軸と一致することを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の光通信モジュールは、請求項３〜５のいずれかに記載の発明において、前記分割された光学機能面の少なくとも一つは、光軸を中心とした輪帯であることを特徴とする。
【００２３】
また、前記光通信モジュールは、前記分割された光学機能面の境界の少なくとも一つが、光軸方向に見たときに多角形であってもよい。
【００２４】
また、前記光通信モジュールは、前記分割された光学機能面の境界の少なくとも一つが、光軸方向に見たときに楕円（円を含む、以下同じ）であってもよい。
【００２５】
また、前記光通信モジュールは、前記分割された光学機能面が、前記第１光学面に形成されていてもよく、前記第２光学面に形成されていてもよい。
【００２６】
請求項７に記載の光通信モジュールは、請求項１又は２に記載の発明において、
前記回折構造は、前記波長λ２の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高い０次回折光を発生し、前記波長λ１の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｎ（ｎは０以外の整数）次回折光を発生するようになっており、
前記第１光学面と前記第２光学面の少なくとも一方は、少なくとも前記第１光学機能面と前記第２光学機能面を含み、光軸方向に形成された段差を有する複数の光学機能面に分割され、前記分割された光学機能面の面積比率が以下の式を満たすことを特徴とする。
０．０５≦Ｓｎ／Ｓ０≦０．６８          （１）
ただし、
Ｓｎ：前記分割された光学機能面が設けられた光学面を光軸方向に、それに直交する面に投影した領域の面積
Ｓ０：前記分割された光学機能面のうち光軸から最も遠い光学機能面を外周光学機能面としたときに、外周光学機能面より内側の光学機能面を光軸方向に、それに直交する面に投影した領域の面積
上記構成において、前記分割された各光学機能面は、光軸方向から見た場合の幾何学的重心位置が、光軸と一致していてもよい。
【００２７】
請求項１に記載の発明と同様に、前記第１の光学素子に、段差を有する光学機能面を設けているので、たとえ前記第１の光学素子を樹脂から形成した場合でも、温度変化による焦点位置の変動を抑制することができる。更に、本構成によれば、以下のような効果が得られる。
【００２８】
本構成の原理を、図２（ａ）と図２（ｂ）を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、第１の光学素子ＯＥは、中央の第１光学機能面ＯＰ１と、その周囲の第２光学機能面（外周光学機能面）ＯＰ２とを有しているものとする。ここで、第１光学機能面ＯＰ１の半径をｒ１とし、第２光学機能面ＯＰ２の半径をｒ２とすると、分割された光学機能面ＯＰ１，ＯＰ２が設けられた光学面を光軸方向に、それに直交する面に投影した領域の面積は、Ｓｎ＝π・ｒ２2で表され、第２光学機能面ＯＰ２より内側の光学機能面ＯＰ１を光軸方向に、それに直交する面に投影した領域の面積は、Ｓ０＝π・ｒ１2で表される。
【００２９】
図２（ｂ）において、縦軸は結合効率であり、横軸は、Ｓｎ／Ｓ０である。本発明者らの検討結果によれば、分割された光学機能面を設けない形態（図２（ａ）の点線参照、図２（ｂ）でＳｎ／Ｓ０＝１の場合）では、基準温度２５℃から雰囲気温度が７０℃に上昇すると、結合効率は約半分に低下する。これに対し、Ｓｎ／Ｓ０を（１）式を満たすように設定すれば、基準温度２５℃から雰囲気温度が７０℃に上昇しても、結合効率の低下を２割以内に抑えることができる。
【００３０】
請求項８に記載の光通信モジュールは、請求項７に記載の発明において、前記分割された光学機能面の面積比率が以下の式を満たすことを特徴とする。
０．０８≦Ｓｎ／Ｓ０≦０．５８            （２）
【００３１】
請求項９に記載の光通信モジュールは、請求項７又は８に記載の発明において、  前記分割された光学機能面の少なくとも一つは、光軸を中心とした輪帯であることを特徴とする。
【００３２】
請求項１０に記載の光通信モジュールは、請求項９に記載の発明において、前記分割された光学機能面は、光軸を中心とした輪帯であり、前記輪帯のうち、最も外側の輪帯を除いた領域に対応する開口数ＮＡｎは、前記輪帯が設けられた光学面の開口数ＮＡ０に対して、以下の式を満たすことを特徴とする。（３）式は、（１）式を開口数に換算したものである。
０．２２≦ＮＡｎ／ＮＡ０≦０．８３          （３）
【００３３】
また、前記光通信モジュールは、以下の（３’）式を満たすと好ましい。（３’）式は、（２）式を開口数に換算したものである。
０．２８≦ＮＡｎ／ＮＡ０≦０．７７      （３’）
【００３４】
また、前記光通信モジュールは、前記分割された光学機能面の境界の少なくとも一つが、光軸方向に見たときに多角形であってもよい。
【００３５】
また、前記光通信モジュールは、前記分割された光学機能面の境界の少なくとも一つが、光軸方向に見たときに楕円であってもよい。
【００３６】
また、前記光通信モジュールは、前記分割された光学機能面が、前記第１光学面に形成されていてもよく、前記第２光学面に形成されていてもよい。
【００３７】
請求項１１に記載の光通信モジュールは、請求項１又は２に記載の発明において、
前記回折構造は、前記波長λ２の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高い０次回折光を発生し、前記波長λ１の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｎ（ｎは０以外の整数）次回折光を発生する回折構造であり、
前記第１光学面と前記第２光学面の少なくとも一方には、少なくとも前記第１光学機能面と前記第２光学機能面を含み、光軸方向に形成された段差を有する複数の光学機能面に分割され、前記分割された光学機能面の光軸方向段差量ｄが以下の式を満たすことを特徴とする。
３．１［／ｍｍ］×λ２≦ｄ／ｆ≦５．８［／ｍｍ］×λ２      （４）
ただし、
ｆ：前記第１の光学素子の焦点距離
上記構成において、分割された各光学機能面を光軸方向から見た場合の幾何学的重心位置が、光軸と一致していてもよい。
【００３８】
請求項１に記載の発明と同様に、前記第１の光学素子に、段差を有する光学機能面を設けているので、たとえ前記第１の光学素子を樹脂から形成した場合でも、温度変化による焦点位置の変動を抑制することができる。また、本構成によれば、前記分割された光学機能面の光軸方向段差量ｄを規定することで、以下のような効果が得られる。
【００３９】
本構成の原理を、図３（ａ）〜図４（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）は、最適な光軸方向段差量ｄを設定した場合の波面の状態を示す図であり、図３（ｂ）は、不最適な光軸方向段差量（ｄ＋Δｄ）を設定した場合の波面の状態を示す図である。上述したように、温度変化による第１の光学素子ＯＥの屈折率変化に起因する焦点位置の変動（図１（ａ）参照）と、温度変化による第１の光学素子ＯＥの段差による波面変化に起因する焦点位置の変動（図１（ｂ）参照）との絶対値をほぼ等しくすることで、第１の光学素子ＯＥを通過した光の波面ＷＳの形状を、温度変化に関わらず維持することができる。
【００４０】
このように、第１の光学素子ＯＥを通過した光の波面ＷＳの形状を、温度変化に関わらず維持することができる光軸方向段差量ｄに対し、光軸方向段差量を（ｄ＋Δｄ）と大きくした場合、例えば温度が上昇した場合における波面の位相差のズレΔＴが大きくなり、結果として収差補正が過剰になる恐れがある。そこで、本発明者らは、光軸方向段差量ｄの最適な範囲を以下のようにして求めた。
【００４１】
図４（ａ）は、結合効率を縦軸にとり、（ｄ／ｆ）／λ２を横軸にとって示した図である。（ｄ／ｆ）／λ２は、第１の光学素子ＯＥが分割された光学機能面における光軸方向段差量ｄ（図２（ａ）参照）と、第１の光学素子ＯＥの焦点距離ｆとで表される値ｄ／ｆを、更に波長λ２で除した値である。図４（ａ）に示すように、（ｄ／ｆ）／λ２が（５）式を満たすように設定すれば、基準温度２５℃から雰囲気温度が７０℃に上昇しても、結合効率の低下を２割以内に抑えることができる。
【００４２】
請求項１２に記載の光通信モジュールは、請求項１１に記載の発明において、前記分割された光学機能面の光軸方向段差量ｄが以下の式を満たすことを特徴とする。
２．９［／ｍｍ］×λ１≦ｄ／ｆ≦５．４［／ｍｍ］×λ１        （５）
【００４３】
図４（ｂ）は、結合効率を縦軸にとり、第１の光学素子ＯＥが分割された光学機能面における光軸方向段差量ｄ（図２（ａ）参照）と、第１の光学素子ＯＥの焦点距離ｆとで表される値ｄ／ｆを、更に波長λ１で除した値（ｄ／ｆ）／λ１を横軸にとって示した図である。図４（ｂ）に示すように、（ｄ／ｆ）／λ１が（５）式を満たすように設定すれば、基準温度２５℃から雰囲気温度が７０℃に上昇しても、結合効率の低下をより抑えることができる。
【００４４】
請求項１３に記載の光通信モジュールは、請求項１１又は１２に記載の発明において、前記分割された光学機能面の少なくとも一つは、光軸を中心とした輪帯であることを特徴とする請求項１１に記載の光通信モジュール。
【００４５】
また、前記光通信モジュールは、前記分割された光学機能面の少なくとも一つが、光軸を中心とした輪帯であってもよい。
【００４６】
また、前記光通信モジュールは、前記分割された光学機能面の境界の少なくとも一つが、光軸方向に見たときに多角形であってもよい。
【００４７】
また、前記光通信モジュールは、前記分割された光学機能面の境界の少なくとも一つが、光軸方向に見たときに楕円であってもよい。
【００４８】
また、前記光通信モジュールは、前記分割された光学機能面が、前記第１光学面に形成されていてもよく、前記第２光学面に形成されていてもよい。
【００４９】
請求項１４に記載の光通信モジュールは、請求項１〜１３のいずれかに記載の発明において、前記第１光学面が、少なくとも、光軸を含む第１光学機能面と、前記第１光学機能面の周囲に位置し前記第１光学機能面に対して第1光学素子の光軸方向の厚みが厚くなる方向に段差を介して設けられた第２光学機能面とに分割されていることを特徴とする。
【００５０】
請求項１５に記載の光通信モジュールは、請求項１〜１４のいずれかに記載の発明において、前記波長λ１および前記波長λ２が以下の条件を満足することを特徴とする。
１４８０ｎｍ≦λ１≦１５００ｎｍ                  （６）
１２８０ｎｍ≦λ２≦１３４０ｎｍ                  （７）
【００５１】
請求項１６に記載の光通信モジュールは、請求項１〜１４のいずれかに記載の発明において、前記光通信モジュールは、さらに光ファイバの端面から出射される波長λ３の光が入射し、前記第１受光素子とは異なる第２受光素子を備え、
前記第１光学素子の前記第２光学面に形成された前記回折構造は、波長λ３（λ1≠λ３、λ２≠λ３）の光が通過したときは発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｑ（ｍ≠ｑ、ｑは整数）次回折光を生成する回折構造であり、
前記第1光学素子は、前記光ファイバの端面から出射される前記波長λ３の光を、前記第２受光素子の受光面に集光することを特徴とする。
【００５２】
請求項１７に記載の光通信モジュールは、請求項１６に記載の発明において、前記波長λ１、λ２、λ３が以下の条件を満足することを特徴とする。
１４８０ｎｍ≦λ１≦１５００ｎｍ                    （９）
１２８０ｎｍ≦λ２≦１３４０ｎｍ                   （１０）
１５３０ｎｍ≦λ３≦１５７０ｎｍ                   （１１）
【００５３】
請求項１８に記載の光通信モジュールは、請求項１〜１７のいずれかに記載の発明において、前記光ファイバの端面は  軸線に対して傾いていることを特徴とする。
【００５４】
請求項１９に記載の光通信モジュールは、請求項１〜１７のいずれかに記載の発明において、前記光ファイバの端面は  軸線に対して直交していることを特徴とする。
【００５５】
請求項２０に記載の光通信モジュールは、請求項１〜１９のいずれかに記載の発明において、前記回折構造は、前記波長λ１の光が通過したときに、発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高い１次回折光を生成することを特徴とする。
【００５６】
請求項２１に記載の光通信モジュールは、請求項１〜２０のいずれかに記載の発明において、前記回折構造は、所定方向に周期的に形成されたエシュロン型回折構造であることを特徴とするので、特に平面の光学面に形成することで製造が容易となって好ましいが、ブレーズ型の回折構造でも良い。
【００５７】
請求項２２に記載の光通信モジュールは、請求項１〜２１のいずれかに記載の発明において、前記第１の光学素子は樹脂製であることを特徴とする。
【００５８】
本構成にかかる光学素子に適した樹脂材料として、環状オレフィン系や「アサーマル樹脂」がある。アサーマル樹脂とは、母材となる樹脂の温度変化に伴う屈折率変化率とは、逆符号の屈折率変化率を有する直径が３０ｎｍ以下の粒子を分散させた樹脂材料である。一般に、透明な樹脂材料に微粉末を混合させると、光の散乱が生じ、透過率が低下するため、光学材料として使用することは困難であったが、微粉末を透過光束の波長より小さい大きさにすることにより、散乱が事実上発生しないようにできることがわかってきた。
【００５９】
さて樹脂材料は、温度が上昇することにより、屈折率が低下してしまうが、無機粒子は温度が上昇すると屈折率が上昇する。そこでこれらの性質をあわせて打ち消しあうように作用させることにより、屈折率変化が生じないようにすることも知られている。本構成にかかる対物光学素子の材料として、母材となる樹脂に３０ナノメートル以下、好ましくは２０ナノメートル以下、さらに好ましくは１０〜１５ナノメートルの無機粒子を分散させた材料を利用することで、屈折率の温度依存性が無いか、あるいはきわめて低い対物光学素子を提供できる。
【００６０】
たとえば、アクリル樹脂に、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）の微粒子を分散させている。母材となる樹脂は、体積比で８０、酸化ニオブは２０程度の割合であり、これらを均一に混合する。微粒子は凝集しやすいという問題があるが、粒子表面に電荷を与えて分散させる等の技術により、必要な分散状態を生じさせることが出来る。
【００６１】
後述するように、母材となる樹脂と粒子との混合・分散は、対物光学素子の射出成形時にインラインで行うことが好ましい。いいかえると、混合・分散した後は、対物光学素子に成形される迄、冷却・固化されないことが好ましい。
【００６２】
なお、この体積比率は、屈折率の温度に対する変化の割合をコントロールするために、適宜増減できるし、複数種類のナノサイズ無機粒子をブレンドして分散させることも可能である。
【００６３】
比率では、上記の例では８０：２０、すなわち４：１であるが、９０：１０（９：１）から６０：４０（３：２）までの間で適宜調整可能である。９：１よりも少ないと温度変化抑制の効果が小さくなり、逆に３：２を越えると樹脂の成形性に問題が生じるために好ましくない。
【００６４】
微粒子は無機物であることが好ましく、さらに酸化物であることが好ましい。そして酸化状態が飽和していて、それ以上酸化しない酸化物であることが好ましい。
【００６５】
無機物であることは、高分子有機化合物である母材となる樹脂との反応を低く抑えられるために好ましく、また酸化物であることによって、使用に伴う劣化を防ぐことが出来る。特に高温化や、レーザ光を照射されるという過酷な条件において、酸化が促進されやすくなるが、このような無機酸化物の微粒子であれば、酸化による劣化を防ぐことが出来る。
【００６６】
また、その他の要因による樹脂の酸化を防止するために、酸化防止剤を添加することも勿論可能である。
【００６７】
ちなみに、母材となる樹脂は、特開２００４−１４４９５１号、特開２００４−１４４９５４号、特開２００４−１４４９５３号等に記載されているような樹脂を適宜好ましく採用することができる。
【００６８】
請求項２３に記載の光通信モジュールは、請求項１〜２２のいずれかに記載の発明において、前記第１光学機能面と前記第２光学機能面を備えた光学面は、光路差付与構造を有することを特徴とする。「光路差付与構造」としては、回折構造やＮＰＳ（Ｎｏｎ−Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）などがある。
【００６９】
請求項２４に記載の光通信モジュール用光学素子は、
第１受光素子及び発光素子と光ファイバの端面との間に配置され、前記光ファイバの端面から出射される波長λ１の光を前記第1受光素子の受光面に集光し、前記発光素子から出射されたλ２（λ１≠λ２）の光を前記光ファイバの端面に集光する、光通信モジュール用光学素子であって、
正の屈折力を有する第１光学面と、
前記波長λ２の光が通過したときは発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｍ（ｍは０を含む整数）次回折光を発生し、前記波長λ１の光が通過したときは発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｎ（ｍ≠ｎ  ｎは整数）次回折光を発生する回折構造が形成された第２光学面とを備え、
前記第１光学面と前記第２光学面の少なくとも一方は、少なくとも、光軸を含む第１光学機能面と、前記第１光学機能面の周囲に位置し、前記第１光学機能面に対して光軸方向に段差を介して設けられた第２光学機能面とに分割されていることを特徴とする。
【００７０】
本発明によれば、温度変化による光通信モジュール用光学素子の屈折率変化に起因する焦点位置の変動（図１（ａ）参照）と、温度変化による光通信モジュール用光学素子の段差による波面変化に起因する焦点位置の変動（図１（ｂ）参照）とは、変動方向が逆であるので、請求項１に記載の発明と同様に、これらの絶対値をほぼ等しくすることで、光通信モジュール用光学素子を通過した光の波面ＷＳの形状を、温度変化に関わらず維持することができ、それにより焦点位置の変動を抑制することができる（図１（ｃ）参照）。又、光学機能面の数を４以下、好ましくは３以下とすることで、光量低下を抑制することができる。
【００７１】
請求項２５に記載の光通信モジュール用光学素子は、請求項２４に記載の発明において、前記第１光学面が、少なくとも、光軸を含む第１光学機能面と、前記第１光学機能面の周囲に位置し前記第１光学機能面に対して第1光学素子の光軸方向の厚みが厚くなる方向に段差を介して設けられた第２光学機能面とに分割されていることを特徴とする。
【００７２】
請求項２６に記載の光通信モジュール用光学素子は、請求項２４又は２５に記載の発明において、前記波長λ１および前記波長λ２が以下の条件を満足することを特徴とする。
１４８０ｎｍ≦λ１≦１５００ｎｍ            （１２）
１２８０ｎｍ≦λ２≦１３４０ｎｍ            （１３）
【００７３】
請求項２７に記載の光通信モジュール用光学素子は、請求項２４又は２５に記載の発明において、さらに、前記光ファイバの端面から出射される前記波長λ３の光を、前記第1受光素子とは異なる第２受光素子の受光面に集光するように、
前記第２光学面に形成された前記回折構造は、波長λ３（λ1≠λ３、λ２≠λ３）の光が通過したときは発生する他の回折次数の光のいずれよりも光量が高いｑ（ｍ≠ｑ、ｑは整数）次回折光を生成するような回折構造であることを特徴とする。
【００７４】
請求項２８に記載の光通信モジュール用光学素子は、請求項２７に記載の発明において、前記波長λ１、λ２、λ３が以下の条件を満足することを特徴とする。
１４８０ｎｍ≦λ１≦１５００ｎｍ              （１４）
１２８０ｎｍ≦λ２≦１３４０ｎｍ              （１５）
１５３０ｎｍ≦λ３≦１５７０ｎｍ              （１６）
【発明の効果】
【００７５】
本発明によれば、光ファイバの結合効率を高めることができる光通信モジュール及び光通信モジュール用光学素子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】
【００７６】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図５は、第１の実施の形態による光通信モジュールの概略的断面図である。尚、エシュロン型の回折構造に関しては、理解しやすいように実際より誇張して描いている。なお、以下の実施例のおける第１の光学素子においては、受光素子及び発光素子側に正の屈折力を有する第１光学面を設け、光ファイバ側に回折面を有する第２光学面を設けているが、これに限らず、光ファイバ側に正の屈折力を有する第１光学面を設け、受光素子及び発光素子側に回折面を有する第２光学面を設けても良い。本明細書中、「結合効率」とは、半導体レーザ（光源）の光信号強度を１００％としたときに、光ファイバ導波路に伝送される光信号強度の割合をいうものとする。      
【００７７】
図５において、円筒状のケース６内の中央に、樹脂製のレンズ（第１の光学部材）５が配置されている。又、ケース６の図で左端には、中空円筒状の保持体３が取り付けられており、その内部に光ファイバ１が挿通されている。光ファイバ１は光通信システムに接続されることによって、別な端末との間で送受する光信号を伝播可能であり、その軸線に直交する端面１ａにおいて受信光を照射し且つ発信光を入射する構成となっている。更に、ケース６の図で右端には、基板２が取り付けられており、基板２の内側面には、フォトダイオードからなる受光素子４と、発光素子ユニット７とが取り付けられている。発光素子ユニット７及び受光素子４と、レンズ５の間において、カバーガラス９がケース６に取り付けられている。ここで、カバーガラス９は、主に粉塵防止の為に取り付けられている。発光素子ユニット７は、半導体レーザである発光素子７ａと、ガラス製の球面レンズ（第２の光学素子）７ｂとを一体的に組み付けてなる。受光素子４と発光素子７ａとは、基板２に接続されたコネクタ８を介して、電気信号を伝達可能に外部の端末機器（不図示）に接続されるようになっている。
【００７８】
図６（ａ）は、レンズ５を光ファイバ１側から見た図であり、図６（ｂ）は、レンズ５を光軸直交方向に見た図であり、図６（ｃ）は、レンズ５を発光素子ユニット７及び受光素子４側から見た図である。図６（ｃ）に示すように、レンズ５は、受光素子４と発光素子７ａ側には非球面の光学面５ａ（正の屈折力を有する第２光学面）を有しており、この光学面５ａは、光軸を含む円形の光学機能面５ｂと、光学機能面５ｂより外周であって光軸方向にシフトしてなる光学機能面５ｃとからなる。
【００７９】
更に、レンズ５は、光ファイバ１側の光学面（回折構造を有する第１光学面）上にエシュロン型の回折構造５ｄを形成している。エシュロン型の回折構造５ｄは、図６（ｂ）に示すように、光学面上において水平方向に延在し周期的に繰り返す階段格子５ｅによって形成されている。階段格子５ｅは、光軸方向の断面が所定の数のレベル面５ｆを有する階段形状となっている。１つの階段格子５ｅは、例えば、レベル面５ｆの数が４であり、発光素子７ａから出射されるレーザ光の波長をλ２＝１．３１μｍ、光ファイバ１から送られてきて端面１ａから出射された光の波長をλ１＝１．４９μｍとした場合、全体の高さＨを１５μｍ、全体の幅Ｗを３８μｍに設定できる。
【００８０】
図５，図６（ａ）〜６（ｃ）の光通信モジュールを光信号の送受のための光双方向の光通信装置に適用した場合、発光素子７ａから所定の信号に基づき変調された例えば波長λ２＝１．３１μｍのレーザ光が出射され、レンズ７ｂを介してレンズ５に入射するが、このときエシュロン型の回折構造５ｄは、波長λ２＝１．３１μｍについては回折効果を発揮しない（すなわち０次回折光の光量が最大となる）ような構成となっているため、実線で示すようにレーザ光は０次回折光として直進し、光ファイバ１の端面１ａに入射して、光ファイバ１を通して外部の端末機器へと送られる。
【００８１】
一方、光ファイバ１から送られてきて端面１ａから出射された例えば波長λ１＝１．４９μｍの光は、発散光束としてレンズ５の光学面に入射する。このときエシュロン型の回折構造５ｄが、波長λ１＝１．４９μｍの入射光については、回折効果を発揮することで１次回折光の光量が最大となるような構成となっているため、回折構造５ｄから発生した１次回折光は、入射光に対して点線で示すように角度付けされる。更に光学面５ａが非球面であるために、入射した発散光束が収束光束に変換される。このように、光ファイバ１の端面１ａから出射された波長λ１＝１．４９μｍの発散光束は、レンズ５により受光素子４の受光面に結像し、電気信号に変換されるようになっている。かかる電気信号に基づいて、送信された情報を取得することができる。なお、光通信モジュールは、全体としてケース６内に収容されて遮光状態で使用される。
【００８２】
本実施の形態によれば、レンズ５の屈折面に、光軸方向にシフトした光学機能面を設けているので、上述したように温度補償ができると共に、球面レンズ７ｂによる球面収差を抑制することができる。なお、光学機能面は、回折構造５ｄに重畳して形成しても良い。
【００８３】
（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態による光通信モジュールの概略的断面図である。尚、エシュロン型の回折構造に関しては、理解しやすいように実際より誇張して描いている。
【００８４】
図７において、円筒状のケース６内の中央に、樹脂製のレンズ（第１の光学部材）５が配置されている。又、ケース６の図で右端には、中空円筒状の保持体３が取り付けられており、その内部に光ファイバ１が挿通されている。光ファイバ１は光通信システムに接続されることによって、別な端末との間で送受する光信号を伝播可能であり、その端面１ａにおいて受信光を照射し且つ発信光を入射する構成となっている。更に、ケース６の図で左端には、基板２が取り付けられており、基板２の内側面には、フォトダイオードからなる受光素子４と、発光素子ユニット７とが取り付けられている。発光素子ユニット７は、半導体レーザである発光素子７ａと、ガラス製の球面レンズ（第２の光学素子）７ｂとを一体的に組み付けてなる。受光素子４と発光素子７ａとは、基板２の植設されたコネクタ８を介して、電気信号を伝達可能に外部の端末機器（不図示）に接続されるようになっている。
【００８５】
なお、レンズ５の形状は、図５，図６（ａ）〜６（ｃ）に示す実施の形態と同様であるが、受光素子４と発光素子７ａ側の光学面５ａ（正の屈折力を有する第２光学面）は、光軸方向に段差を介して設けられた３つの光学機能面に分割されている。
【００８６】
図７の光通信モジュールを光信号の送受のための光双方向の光通信装置に適用した場合、発光素子７ａから所定の信号に基づき変調された例えば波長λ２＝１．３１μｍのレーザ光が出射され、レンズ７ｂを介してレンズ５に入射するが、このときエシュロン型の回折構造５ｄは、波長λ２＝１．３１μｍについては回折効果を発揮しない（すなわち０次回折光の光量が最大となる）ような構成となっているため、実線で示すようにレーザ光は０次回折光として直進し、光ファイバ１の端面１ａに入射して、光ファイバ１を通して外部の端末機器へと送られる。
【００８７】
一方、光ファイバ１から送られてきて端面１ａから出射された例えば波長λ１＝１．４９μｍの光は、発散光束としてレンズ５の光学面に入射する。このときエシュロン型の回折構造５ｄは、波長λ１＝１．４９μｍについては、回折効果を発揮することで１次回折光の光量が最大となるような構成となっているため、回折構造５ｄから発生した１次回折光は、入射光に対して点線で示すように角度付けされる。さらに、光学面５ａが非球面であるために、入射した発散光束が収束光束に変換される。そして、レンズ５から出射された光束は、レンズ５の光軸に沿って（或いは平行に）進行し、受光素子４の受光面に結像し電気信号に変換されるようになっている。かかる電気信号に基づいて、送信された情報を取得することができる。なお、光通信モジュールは、全体としてケース６内に収容されて遮光状態で使用される。
【００８８】
本実施の形態によれば、レンズ５の屈折面に、光軸方向にシフトした光学機能面を設けているので、上述したように温度補償ができると共に、球面レンズ７ｂによる球面収差を抑制することができる。なお、光学機能面は、回折構造５ｄに重畳して形成しても良い。
【００８９】
図８は、図７に示す光ファイバ１とレンズ５との位置関係を示す概略図であるが、レンズ５の回折構造は省略している。ここでは、光ファイバ１の軸線が、レンズ５の光軸に対して平行になる場合を考える。まず、光ファイバ１の端面１ａにおける端面角（光ファイバ１の軸線Ｌ１に対する端面１ａのなす角度）をθとし、回折構造における回折角をφとすし、鉛直線に対する出射光の傾き角をαとする。ここで、以下の式が成立する。
α＋φ＝９０°            （１７）
【００９０】
光ファイバの素材の屈折率をｎとし、空気の屈折率を１とし、水平に光線が入射したとして入射角（＝傾き角）をθとし、出射角をβとすると、スネルの法則より以下の式が成立する。
ｎ・ｓｉｎθ＝ｓｉｎβ    （１８）
【００９１】
更に、幾何学的関係より、以下の式が成立する。
α−θ＋β＝９０°        （１９）
【００９２】
（１７）、（１９）式より、β＝θ＋φとなるので、これを（１８）式に代入して、以下の式を得る。
ｎ・ｓｉｎθ＝ｓｉｎ（θ＋φ）
＝ｓｉｎθｃｏｓφ＋ｓｉｎφｃｏｓθ
【００９３】
更に、両辺をｃｏｓθで除して、以下の式を得る。
ｎ・ｔａｎθ＝ｔａｎθｃｏｓφ＋ｓｉｎφ
上式を変形して、以下の式を得る。
θ＝ｔａｎ-1（ｓｉｎφ／（ｎ−ｃｏｓφ））    （２０）
【００９４】
（２０）式は、端面角θを、回折角φと光ファイバ１の屈折率ｎとをパラメータとして表せることを意味している。即ち、光ファイバ１の素材が決まっており、回折構造５ｄにおいて１次回折光を発生させる場合、その回折角φが求まれば、それに応じて端面角θを求めることができる。かかる端面角θを有するようにすれば、光ファイバ１の軸線と、レンズ５の光軸とを平行に位置させることができるので、組み付けが容易となる。
【００９５】
尚、端面角θを、（２０）式を満たす最適値に設定すれば、最大の光透過率を得ることができるが、必ずしも（２０）式を厳密に満たす必要はない。
【００９６】
（第３の実施の形態）
前述した実施形態１では光ファイバからの波長の異なる光が波長λ１である例を説明したが、本発明に係る構成は波長λ１に限定されずに多波長に応用できる。
【００９７】
例えば、光ファイバからの波長の異なる光が２つの波長λ１、λ３である３波長用の光通信モジュールや３つの波長λ１、λ３、λ４である４波長用の光通信モジュール構成であっても良い。
【００９８】
図１５は、３波長用の光通信モジュール６を示す図であり、これは図５の光通信モジュール５と同様に構成されている。但し、第３の実施の形態では、図１５に示すように、基板２の内側面に、２つの波長λ１、λ３の光をそれぞれ受光するための受光素子４ａ、４ｂが配置されている。なお、レンズ５の非球面側の形状は、図５，図６（ａ）〜６（ｃ）に示す実施の形態と同様である。
【００９９】
図１８（ａ）は、レンズ５を光ファイバ１側から見た図であり、図１８（ｂ）は、レンズ５を光軸直交方向に見た図であり、図１８（ｃ）は、レンズ５を発光素子ユニット７及び受光素子４側から見た図である。図１８（ｃ）に示すように、レンズ５は、受光素子４と発光素子７ａ側には非球面の光学面５ａ（正の屈折力を有する第２光学面）を有しており、この光学面５ａは、光軸を含む円形の光学機能面５ｂと、光学機能面５ｂより外周であって光軸方向にシフトしてなる光学機能面５ｃとからなる。
【０１００】
レンズ５は、光ファイバ１側の光学面（回折構造を有する第１光学面）上にエシュロン型の回折構造５ｄを形成している。エシュロン型の回折構造５ｄは、図１８（ｂ）に示すように、光学面上において水平方向に延在し周期的に繰り返す階段格子５ｅによって形成されている。図１８（ｂ）に示すように、１つの階段格子５ｅは、レベル面数５ｆが９であり、例えば、発光素子７ａから出射されるレーザ光の波長をλ２＝１．３１μｍ、光ファイバ１から送られてきて端面１ａから出射された光の波長をλ１＝１．４９μｍおよびλ３＝１．５５μｍとした場合、全体の高さＨを３９μｍ、全体の幅Ｗを３８μｍに設定できる。
【０１０１】
また、１つの階段格子５ｅのレベル面数５ｆを１１とし、発光素子７ａから出射されるレーザ光の波長をλ２＝１．３１μｍ、光ファイバ１から送られてきて端面１ａから出射された光の波長をλ１＝１．４９μｍおよびλ３＝１．５５μｍとした場合、全体の高さＨを２５μｍ、全体の幅Ｗを３８μｍに設定してもよい。
【０１０２】
図１５の光通信モジュールを光信号の送受のための光双方向の光通信装置に適用した場合、発光素子７ａから所定の信号に基づき変調された例えば波長λ２＝１．３１μｍのレーザ光が出射され、レンズ７ｂを介してレンズ５に入射するが、このときエシュロン型の回折構造５ｄは、波長λ２＝１．３１μｍについては回折効果を発揮しない（すなわち０次回折光の光量が最大となる）ような構成となっているため、実線で示すようにレーザ光は０次回折光として直進し、光ファイバ１の端面１ａに入射して、光ファイバ１を通して外部の端末機器へと送られる。
【０１０３】
一方、光ファイバ１から送られてきて端面１ａから出射された例えば波長λ１＝１．４９μｍおよび波長λ３＝１．５５μｍの光は、レンズ５に発散光として入射する。このとき、エシュロン型の回折構造５ｄは、波長λ１＝１．４９μｍの光および波長λ３＝１．５５μｍの光については、回折効果を発揮することでそれぞれの波長に対して異なる次数の回折光の光量が最大となるような構成となっているため、回折構造５ｄから発生した波長λ１およびλ３の回折光は、入射光に対して点線で示すようにそれぞれ異なる向きに角度付けされる。さらに、光学面５ａが非球面であるために、入射した発散光束が収束光束に変換される。そして、レンズ５から出射された光束は、受光素子４および受光素子４‘の受光面にそれぞれ結像し電気信号に変換されるようになっている。かかる電気信号に基づいて、送信された情報を取得することができる。なお、光通信モジュールは、全体としてケース６内に収容されて遮光状態で使用される。
【０１０４】
同様に、光ファイバからの波長の異なる光が３つの波長λ１、λ３、λ４である場合には、図１６の４波長用の光通信モジュール６において、３つの波長λ1、λ３、λ４の光をそれぞれ受光するための受光素子４ａ、４ｂ、４ｃを、光軸に垂直な方向に沿って配置すればよい。
【０１０５】
１つの階段格子５ｅは、レベル面数５ｆが１３であり、発光素子７ａから出射されるレーザ光の波長をλ２＝１．３１μｍ、光ファイバ１から送られてきて端面１ａから出射された光の波長をλ１＝１．４９μｍ、λ３＝１．５５μｍおよびλ４＝１．６１μｍとした場合、全体の高さＨを５８μｍ、全体の幅Ｗを３８μｍに設定できる。
【０１０６】
図１６の光通信モジュールを光信号の送受のための光双方向の光通信装置に適用した場合、発光素子７ａから出射された例えば波長λ２＝１．３１μｍのレーザ光は、レンズ７ｂを介してレンズ５に入射するが、このときエシュロン型の回折構造５ｄは、波長λ２＝１．３１μｍについては回折効果を発揮しない（すなわち０次回折光の光量が最大となる）ような構成となっているため、実線で示すようにレーザ光は０次回折光として直進し、光ファイバ１の端面１ａに入射して、光ファイバ１を通して外部の端末機器へと送られる。
【０１０７】
一方、光ファイバ１から送られてきて端面１ａから出射された例えば波長λ１＝１．４９μｍ、λ３＝１．５５μｍ、λ４＝１．６１μｍの光は、レンズ５に発散光として入射する。このとき、エシュロン型の回折構造５ｄは、波長λ１、λ３、λ４の光については、回折効果を発揮することでそれぞれの波長に対して異なる次数の回折光の光量が最大となるような構成となっているため、回折構造５ｄから発生した波長λ１、λ３およびλ４の回折光は、入射光に対して点線で示すようにそれぞれ異なる向きに角度付けされる。さらに、光学面５ａが非球面であるために、入射した発散光束が収束光束に変換される。そして、レンズ５から出射された光束は、受光素子４ａ、４ｂおよび４ｃの受光面にそれぞれ結像し電気信号に変換されるようになっている。かかる電気信号に基づいて、送信された情報を取得することができる。
【０１０８】
本実施の形態によれば、光ファイバからの互いに異なる複数の波長の光が入射した場合であっても、光レンズ５の屈折面に、光軸方向にシフトした光学機能面を設けているので、上述したように温度補償ができると共に、球面レンズ７ｂによる球面収差を抑制することができる。なお、光学機能面は、回折構造５ｄに重畳して形成しても良い。
【０１０９】
（第４の実施の形態）
図１７は、第４の実施の形態による光通信モジュールの概略的断面図である。尚、エシュロン型の回折構造に関しては、理解しやすいように実際より誇張して描いている。
【０１１０】
図１７において、円筒状のケース６内の中央に、樹脂製のレンズ（第１の光学部材）５が配置されている。又、ケース６の図で左端には、中空円筒状の保持体３が取り付けられており、その内部に光ファイバ１が挿通されている。光ファイバ１は光通信システムに接続されることによって、別な端末との間で送受する光信号を伝播可能であり、その軸線に直交する端面１ａにおいて受信光を照射し且つ発信光を入射する構成となっている。更に、ケース６の図で右端には、基板２が取り付けられており、基板２の内側面には、フォトダイオードからなる受光素子４と、発光素子ユニット７とが取り付けられている。発光素子ユニット７及び受光素子４と、レンズ５の間において、カバーガラス９がケース６に取り付けられている。ここで、カバーガラス９は、主に粉塵防止の為に取り付けられている。発光素子ユニット７は、半導体レーザである発光素子７ａと、ガラス製の球面レンズ（第２の光学素子）７ｂとを一体的に組み付けてなる。受光素子４と発光素子７ａとは、基板２に接続されたコネクタ８を介して、電気信号を伝達可能に外部の端末機器（不図示）に接続されるようになっている。
【０１１１】
図１９（ａ）は、レンズ５を光ファイバ１側から見た図であり、図１９（ｂ）は、レンズ５を光軸直交方向に見た図であり、図１９（ｃ）は、レンズ５を発光素子ユニット７及び受光素子４側から見た図である。図１９（ｃ）に示すように、レンズ５は、受光素子４と発光素子７ａ側には非球面の光学面５ａ（正の屈折力を有する第２光学面）を有しており、この光学面５ａは、光軸を含む円形の光学機能面５ｂと、光学機能面５ｂより外周であって光軸方向にシフトしてなる光学機能面５ｃとからなる。
【０１１２】
更に、レンズ５は、光ファイバ１側の光学面（回折構造を有する第１光学面）上にエシュロン型の回折構造５ｄを形成している。エシュロン型の回折構造５ｄは所謂２段エシュロンと呼ばれる構造で、図１９（ｂ）に示すように、光学面上において水平方向に延在し周期的に繰り返す階段格子５ｅによって形成されている。１つの階段格子５ｅは、レベル面数５ｆが２であり、例えば、発光素子７ａから出射されるレーザ光の波長をλ２＝１．３１μｍ、光ファイバ１から送られてきて端面１ａから出射された光の波長をλ１＝１．４９μｍとした場合、全体の高さＨを１０μｍ、全体の幅Ｗを４０μｍに設定できる。
【０１１３】
図１７，１９（ａ）〜１９（ｃ）の光通信モジュールを光信号の送受のための光双方向の光通信装置に適用した場合、発光素子７ａから所定の信号に基づき変調された例えば波長λ２＝１．３１μｍのレーザ光が出射され、レンズ７ｂを介してレンズ５に入射するが、このときエシュロン型の回折構造５ｄは、波長λ２＝１．３１μｍについては回折効果を発揮しない（すなわち０次回折光の光量が最大となる）ような構成となっているため、実線で示すようにレーザ光は０次回折光として直進し、光ファイバ１の端面１ａに入射して、光ファイバ１を通して外部の端末機器へと送られる。
【０１１４】
一方、光ファイバ１から送られてきて端面１ａから出射された例えば波長λ１＝１．４９μｍの光は、発散光束としてレンズ５の光学面に入射する。このときエシュロン型の回折構造５ｄが、波長λ１＝１．４９μｍの入射光については、回折効果を発揮することで１次回折光の光量が最大となるような構成となっているため、回折構造５ｄから発生した１次回折光は、入射光に対して点線で示すように角度付けされる。更に光学面５ａが非球面であるために、入射した発散光束が収束光束に変換される。このように、光ファイバ１の端面１ａから出射された波長λ１＝１．４９μｍの発散光束は、レンズ５により受光素子４の受光面に結像し、電気信号に変換されるようになっている。かかる電気信号に基づいて、送信された情報を取得することができる。なお、光通信モジュールは、全体としてケース６内に収容されて遮光状態で使用される。
【０１１５】
本実施の形態によれば、レンズ５の屈折面に、光軸方向にシフトした光学機能面を設けているので、上述したように温度補償ができると共に、球面レンズ７ｂによる球面収差を抑制することができる。なお、光学機能面は、回折構造５ｄに重畳して形成しても良い。
【０１１６】
（実施例１）
以下、第１の実施の形態に用いることができる第１の光学素子の実施例について説明する。なお、第１の光学素子ＯＥの光学面は、それぞれ表に示す係数を、数１に代入することで規定される、光軸の周りに軸対称な非球面に形成されている。
【０１１７】
【数１】
2006323369.tif 000003
但し、
Ｚ（ｈ）：非球面形状（非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離、光の進行方向を正とする）
ｈ：光軸垂直方向の高さ（ｈ＝（ｘ2＋ｙ2）1/2とする。ここで、ｘとｙはそれぞれ光軸からの距離を表し、図６（ａ）に示すように、光軸に垂直な面内において互いに直交する方向にとるものとする。）
ｒ：曲率半径
ｋ：コーニック係数
Ａ4，Ａ6，Ａ8，Ａ10：非球面係数
Ａ0：非球面のオフセット量
【０１１８】
更に、本実施例では、第１の光学素子ＯＥの回折構造により入射光束に付加される光路差を、以下の光路差関数φｂ（ｍｍ）で表している。
【０１１９】
【数２】
2006323369.tif 000004
但し、
φｂ：光路差関数
ｎ：回折構造で発生する回折光のうち最大の回折光量を有する回折光の回折次数
λ：回折構造に入射する光束の波長
λB：ブレーズ化波長（製造波長）
ｙ：光軸からの距離
ｃｊ：光路差関数の係数
【０１２０】
図９は、実施例１にかかる第１の光学素子ＯＥの断面図である。表１に実施例１のレンズデータを示す。第１の光学素子ＯＥは、光学機能面として、２輪帯ＯＰ１，ＯＰ２の位相構造（ＮＰＳと略記する）を光学面に形成している。最下層輪帯ＯＰ１の最外周輪帯ＯＰ２に対する光軸方向深さｄ（光軸方向段差量）を０．０２２４９ｍｍとし、下り系において第２−１面（ＯＰ１）を透過する波長λ１の光束に対して、第２−２面（ＯＰ２）では８×λ１（ｎｍ）の光路差に相当する光軸方向深さｄの段差が付与されているため、波長λ１に対しては光学素子ＯＥの集光特性を変化させない。一方、上り系において、第７−１面（ＯＰ１）を透過する波長λ２の光束に対して第７−２面（ＯＰ２）では、光軸方向深さｄは約９×λ２（ｎｍ）の光路差に相当することになる。このときも波長λ２の光束に対しては基準温度時での集光特性を変化させない。
【０１２１】
ここで、位相構造ＮＰＳは温度補正機能を持つ構造であり、表１、２に示すように、位相構造ＮＰＳを設けた場合、設けない場合に比べて、基準温度２５℃から７０℃に上昇した場合に、上り結合効率の低下は２８％から３％まで抑えることができる。温度が基準温度２５℃から７０℃に上昇すると、位相構造ＮＰＳを設けない構造では、結合効率は基準温度の効率の約６０％になるのに対し、位相構造ＮＰＳを設けた構造では、結合効率は約９０％となる。一方、位相構造ＮＰＳを設けた場合、設けない場合に比べて、基準温度２５℃から７０℃に上昇した場合に、下り結合効率の低下は６％から４％に抑えることができる。このように、上り系と下り系のそれぞれにおいて温度特性を改善することが可能である。なお、実施例１においては、第１の光学素子の焦点距離ｆ＝３．５３ｍｍである。
【０１２２】
また、下り結合効率は、ファイバ出射光量に対するφ４０μｍエンサークルドエネルギー、（即ち、φ４０μｍのフォトダイオード上に入射する光量）の割合を使って評価する。
【０１２３】
【表１】
2006323369.tif 000005
【０１２４】
【表２】
2006323369.tif 000006
【０１２５】
図１０（ａ）、１０（ｂ）は、それぞれ雰囲気温度が７０℃に増大した場合における、位相構造ＮＰＳのない第１の光学素子で集光させた光ファイバ端面におけるスポット形状と、位相構造ＮＰＳのある第１の光学素子で集光させた光ファイバ端面におけるスポット形状とを比較して示す図である。ここで、スポットの点像強度がピークの１／ｅ2となる位置の全値幅Ｗ（１／ｅ2）をスポット径とする。図１０（ａ）、１０（ｂ）から明らかなように、位相構造を設けることで、スポット径が小さくなり、デフォーカスが抑えられることがわかる。
【０１２６】
（実施例２）
以下、第２の実施の形態に用いることができる第１の光学素子の実施例について説明する。
【０１２７】
図１１は、実施例２にかかる第１の光学素子ＯＥの断面図である。表３，４に実施例２のレンズデータを示す。第１の光学素子ＯＥは、光学機能面として、３輪帯ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３の位相構造ＮＰＳを光学面に形成している。最も内側の最下層輪帯ＯＰ１の最外周輪体ＯＰ３に対する光軸方向深さｄ１（すなわち光軸方向段差量ｄ）を０．０４４９８ｍｍ、次の輪帯ＯＰ２の最外周輪体ＯＰ３に対する光軸方向深さｄ２を＋０．０２２４９ｍｍとしている。下り系において第２−１面（ＯＰ１）を透過する波長λ１の光束に対して、第２−３面（ＯＰ３）は１６×λ１（ｎｍ）の光路差に相当する光軸方向深さｄ１（＝ｄ）の段差が付与されており、かつ第２−２面（ＯＰ２）を透過する波長λ１の光束に対して、第２−３面（ＯＰ３）は８×λ１の光路差に相当する光軸方向深さｄ２の段差が付与されているため、下り系において、波長λ１の光束については基準温度時での集光特性を変化させない。一方、上り系において、第７−１面（ＯＰ１）を透過する波長λ２の光束に対して第７−２面（ＯＰ２）は、光軸方向深さｄ２は約９×λ２（ｎｍ）の光路差に相当することになる。また、第７−１面（ＯＰ１）を透過する波長λ２の光束に対して第７−３面（ＯＰ３）は、光軸方向深さｄ１は約１８×λ２（ｎｍ）の光路差に相当することになる。このときも波長λ２の光束に対しては集光特性を変化させない。
【０１２８】
ここで、位相構造ＮＰＳは温度補正機能を持つ構造であり、表３，４に示すように、位相構造ＮＰＳを設けた場合、設けない場合に比べて、基準温度２５℃から７０℃に上昇した場合に、上り結合効率の低下は６３％から１４％まで抑えることができる。温度が基準温度２５℃から７０℃に上昇すると、位相構造ＮＰＳを設けない構造では、結合効率は基準温度の効率の約１５％になるのに対し、位相構造ＮＰＳを設けた構造では、結合効率は約８０％以内とすることができる。一方、位相構造ＮＰＳを設けた場合、設けない場合に比べて、基準温度２５℃から７０℃に上昇した場合に、下り結合効率の低下は５％から４％に抑えることができ、それぞれ温度特性を改善することが可能である。なお、実施例２においては、第１の光学素子の焦点距離ｆ＝７．００ｍｍである。
【０１２９】
また、下り結合効率は、ファイバ出射光量に対するφ８０μｍエンサークルドエネルギー、（即ち、φ８０μｍのフォトダイオード上に入射する光量）の割合を使って評価する。
【０１３０】
【表３】
2006323369.tif 000007
【０１３１】
【表４】
2006323369.tif 000008
【０１３２】
（実施例３）
以下、第３の実施の形態に用いることができる第１の光学素子の実施例について説明する。
【０１３３】
図９は、実施例３にかかる第１の光学素子ＯＥの断面図である。表５、６に実施例３のレンズデータを示す。第１の光学素子ＯＥは、光学機能面として、２輪帯ＯＰ１，ＯＰ２の位相構造（ＮＰＳと略記する）を光学面に形成している。最下層輪帯ＯＰ１の最外周輪帯ＯＰ２に対する光軸方向深さｄ（光軸方向段差量）を０．０２２４９ｍｍとし、下り系において第２−１面（ＯＰ１）を透過する波長λ１の光束に対して、第２−２面（ＯＰ２）では８×λ１（ｎｍ）の光路差に相当する光軸方向深さｄの段差が付与されているため、波長λ１に対しては集光特性を変化させない。一方、上り系において、第７−１面（ＯＰ１）を透過する波長λ２の光束に対して第７−２面（ＯＰ２）では、光軸方向深さｄは約９×λ２（ｎｍ）の光路差に相当することになる。このときも波長λ２の光束に対しては基準温度時での集光特性を変化させない。
【０１３４】
ここで、位相構造ＮＰＳは温度補正機能を持つ構造であり、表５、６に示すように、位相構造ＮＰＳを設けた場合、設けない場合に比べて、基準温度２５℃から７０℃に上昇した場合に、上り結合効率の低下は２８％から３％まで抑えることができる。温度が基準温度２５℃から７０℃に上昇すると、位相構造ＮＰＳを設けない構造では、結合効率は基準温度の効率の約６０％になるのに対し、位相構造ＮＰＳを設けた構造では、結合効率は約９０％となる。一方、位相構造ＮＰＳを設けた場合、設けない場合に比べて、基準温度２５℃から７０℃に上昇した場合、設けない場合に比べて、基準温度２５℃から７０℃に上昇した場合に、下り結合効率の低下は６％から４％に抑えることができ、それぞれ温度特性を改善することが可能である。なお、実施例３においては、第１の光学素子の焦点距離ｆ＝３．５３ｍｍである。
【０１３５】
また、下り結合効率は、ファイバ出射光量に対するφ４０μｍエンサークルドエネルギー、（即ち、φ４０μｍのフォトダイオード上に入射する光量）の割合を使って評価する。表５、６には、参考としてλ１＝１．４９μｍの下り結合効率を示している。
【０１３６】
【表５】
2006323369.tif 000009
【０１３７】
【表６】
2006323369.tif 000010
【０１３８】
（実施例４）
以下、第４の実施の形態に用いることができる第１の光学素子の実施例について説明する。
【０１３９】
図９は、実施例４にかかる第１の光学素子ＯＥの断面図である。表７，８に実施例４のレンズデータを示す。表７，８の偏心量（ｍｍ）とは、光軸のＹ軸方向への偏心量を示し、例えば、下り系第０面の偏心量は光ファイバの位置を表す。第１の光学素子ＯＥは、光学機能面として、２輪帯ＯＰ１，ＯＰ２の位相構造（ＮＰＳと略記する）を光学面に形成している。最下層輪帯ＯＰ１の最外周輪帯ＯＰ２に対する光軸方向深さｄ（光軸方向段差量）を０．０２２４９ｍｍとし、下り系において第２−１面（ＯＰ１）を透過する波長λ１の光束に対して、第２−２面（ＯＰ２）では８×λ１（ｎｍ）の光路差に相当する光軸方向深さｄの段差が付与されているため、波長λ１に対しては集光特性を変化させない。一方、上り系において、第８−１面（ＯＰ１）を透過する波長λ２の光束に対して第８−２面（ＯＰ２）では、光軸方向深さｄは約９×λ２（ｎｍ）の光路差に相当することになる。このときも波長λ２の光束に対しては基準温度時での集光特性を変化させない。
【０１４０】
ここで、位相構造ＮＰＳは温度補正機能を持つ構造であり、表７，８に示すように、位相構造ＮＰＳを設けた場合、設けない場合に比べて、基準温度２５℃から７０℃に上昇した場合に、上り結合効率の低下は２８％から３％まで抑えることができる。温度が基準温度２５℃から７０℃に上昇すると、位相構造ＮＰＳを設けない構造では、結合効率は基準温度の効率の約４７％になるのに対し、位相構造ＮＰＳを設けた構造では、結合効率は約８４％となる。一方、位相構造ＮＰＳを設けた場合、設けない場合に比べて、基準温度２５℃から７０℃に上昇した場合に、下り結合効率の低下は６％から４％に抑えることができ、それぞれ温度特性を改善することが可能である。なお、実施例１においては、第１の光学素子の焦点距離ｆ＝４．１７ｍｍである。
【０１４１】
また、下り結合効率は、ファイバ出射光量に対するφ４０μｍエンサークルドエネルギー、（即ち、φ４０μｍのフォトダイオード上に入射する光量）の割合を使って評価する。
【０１４２】
【表７】
2006323369.tif 000011
【０１４３】
【表８】
2006323369.tif 000012
【０１４４】
ここで、第１の光学素子ＯＥにおいて、光学機能面ＯＰは輪帯状に限らない。例えば、図１２（ａ）、１２（ｂ）に示すように、光学機能面ＯＰ（分割数２）は３角形状であっても良く、図１３（ａ）、１３（ｂ）に示すように、光学機能面ＯＰ（分割数３）は４角もしくはそれ以上の多角形状であっても良く、図１４（ａ）、１４（ｂ）に示すように、光学機能面ＯＰ（分割数２）は楕円形状であっても良い。ただし、分割された各光学機能面ＯＰを光軸方向から見た場合の幾何学的重心位置Ｇが、光軸と一致するようにせしめられるようにすることが望ましい。
【０１４５】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の原理を説明するための図である。
【図４】第１の光学素子ＯＥが分割された光学機能面における光軸方向段差量ｄと結合効率の関係を示す図である。
【図５】第１の実施の形態による光通信モジュールの概略的断面図である。
【図６】レンズ５を示す図である。
【図７】第２の実施の形態による光通信モジュールの概略的断面図である。
【図８】光ファイバ１とレンズ５との位置関係を示す概略図である。
【図９】実施例１にかかる第１の光学素子ＯＥの断面図である。
【図１０】光ファイバ端面におけるスポット形状を示す図であり、縦軸が点像強度、横軸がスポット中心からの距離である。
【図１１】実施例２にかかる第１の光学素子ＯＥの断面図である。
【図１２】第１の光学素子ＯＥの変形例を示す図であり、図１２（ａ）が光軸方向に見た図であり、図１２（ｂ）は光軸直交方向に見た図である。
【図１３】第１の光学素子ＯＥの変形例を示す図であり、図１３（ａ）が光軸方向に見た図であり、図１３（ｂ）は光軸直交方向に見た図である。
【図１４】第１の光学素子ＯＥの変形例を示す図であり、図１４（ａ）が光軸方向に見た図であり、図１４（ｂ）は光軸直交方向に見た図である。
【図１５】第３の実施の形態による光通信モジュールの概略的断面図である。
【図１６】第３の実施の形態による光通信モジュールの概略的断面図である。
【図１７】第４の実施の形態による光通信モジュールの概略的断面図である。
【図１８】図１８（ａ）〜１８（ｃ）は実施例３にかかる第１の光学素子ＯＥの断面図である。
【図１９】図１９（ａ）〜１９（ｃ）は実施例４にかかる第１の光学素子ＯＥの断面図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１ 光ファイバ
１ａ 端面
２ 基板
３ 保持体
４ 受光素子
５ レンズ
５ａ 回折構造
５ｂ 階段格子
６ ケース
７ 発光素子ユニット
７ａ 発光素子
７ｂ 球面レンズ
８  コネクタ
９  カバーガラス
ＯＥ  第１の光学素子
ＯＰ１〜ＯＰ３  光学機能面
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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