(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、レーザ光源から射出されたレーザ光線を結合レンズで光ファイバに結合させるレーザ光学系および結合レンズに関し、生産性の高いレーザ光学系および結合レンズを提供する。【解決手段】結合レンズ５は、四角柱状の本体部６と、本体部６の第一の主面に配置された第一のレンズ部７と、本体部６における第一の主面と背向する第二の主面に配置された第二のレンズ部８と、を備え、本体部６における第一の側面６ｃは、第一の主面と直交する平坦な実装面９を有し、本体部６における第一の側面６ｃと直交する側面を第二の側面６ｄとし、第二の側面６ｄと直交する方向を第一の方向として、第一の方向における実装面９の幅Ｗ１が、第一の方向における本体部６の幅Ｗの５割から８割の範囲にされている。【選択図】図２
2018066771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角柱状の本体部と、
前記本体部の第一の主面に配置された第一のレンズ部と、
前記本体部における前記第一の主面と背向する第二の主面に配置された第二のレンズ部と、を備え、
前記本体部における第一の側面は、前記第一の主面と直交する平坦な実装面を有し、
前記本体部における前記第一の側面と直交する側面を第二の側面とし、
前記第二の側面と直交する方向を第一の方向とし、
前記第一の方向における前記実装面の幅が、前記第一の方向における前記本体部の幅の５割から８割の範囲に設定された、
結合レンズ。
【請求項２】
前記第二のレンズ部の加工径は、前記第一のレンズの加工径より大きく、
前記第一の方向における前記実装面の幅が、前記第二のレンズ部の加工径より小さい、
請求項１に記載の結合レンズ。
【請求項３】
基台と、
前記基台の上に配置されたレーザ光源と、
前記基台の上であって、前記レーザ光源から射出される光線の光軸上に配置された結合レンズと、
前記基台の上であって、前記光軸上に配置された光ファイバと、
を備え、
前記結合レンズは、
四角柱状の本体部と、
前記本体部の第一の主面に配置された第一のレンズ部と、
前記本体部における前記第一の主面と背向する第二の主面に配置された第二のレンズ部と、を備え、
前記本体部における第一の側面は、前記第一の主面と直交する平坦な実装面を有し、
前記本体部における前記第一の側面と直交する側面を第二の側面とし、
前記第二の側面と直交する方向を第一の方向とし、
前記第一の方向における前記実装面の幅が、前記第一の方向における前記本体部の幅の５割から８割の範囲に設定された、
レーザ光学系。
【請求項４】
前記第二のレンズ部の加工径は、前記第一のレンズの加工径の加工径より大きく、
前記第一の方向における前記実装面の幅が、前記第二のレンズ部の加工径より小さい、
請求項３に記載のレーザ光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザ光源から射出されたレーザ光線を結合レンズで光ファイバに結合させるレーザ光学系および結合レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
本開示におけるレーザ光学系は、レーザ光源から出力された結合レンズを介して光ファイバに結合させる光学系を示す。レーザ光学系は、レーザ光源、結合レンズ、光ファイバと基台を有する。レーザ光源、結合レンズ、光ファイバは、それぞれの光軸が一致するように、基台上に配置される。
【０００３】
従来、このようなレーザ光学系に用いられる結合レンズは、光軸方向の平面視において外形が四角形となる構造が検討されている。つまり、この結合レンズは、本体部の入射側の主面及び出射側の主面にレンズ部が配置され、本体部の外形は、光軸方向から見た平面視において四角形であり、本体部の一つの側面が、基台に接続される実装面となる。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１から３が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８６２１１号公報
【特許文献２】特開２００８−２０３４１８号公報
【特許文献３】特開２００８−２９７１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなレーザ光学系を組み立てる場合、例えば、基台の上にレーザ光源と光ファイバを所定の位置に配置する。次に、レーザ光源と光ファイバの間に結合レンズを配置する。結合レンズの位置決めは、レーザ光源から射出された光線が光ファイバに集光する結合効率を確認しながら位置決めを行う。実際の結合レンズの位置決め作業は、基台の実装領域に接着剤を塗布した後に、マウンターにより位置決めを行い、基台の上に結合レンズが接続される。なお、接着剤は、温度や湿度などの環境条件により膨張や収縮が生じ、レーザ光学系における結合効率の低下に繋がる。したがって、この接着剤の形状変化の影響を低減するために接着剤は極力少なくする必要がある。
【０００７】
一方、結合レンズを実装した際に、実装面に対する接着剤の回り込みが不十分であると基台に対して結合レンズが転倒しやすい不安定な状態となる。したがって、接着剤を少量化する場合、結合レンズを基台に位置決めしてから、実装面に接着剤を十分に回り込ませる間、結合レンズをマウンターで支持しなければならない。つまり、レーザ光学系の組み立て時間が長くなってしまうという問題があった。
【０００８】
本開示は、このような問題を解決し、レーザ光学系の生産性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示における結合レンズの一態様は、四角柱状の本体部と、本体部の第一の主面に配置された第一のレンズ部と、本体部における第一の主面と背向する第二の主面に配置され
た第二のレンズ部と、を備え、本体部における第一の側面は、第一の主面と直交する平坦な実装面を有し、本体部における第一の側面と直交する側面を第二の側面６ｄとし、第二の側面６ｄと直交する方向を第一の方向として、第一の方向における実装面の幅が、第一の方向における本体部の幅の５割から８割の範囲にされている。
【００１０】
本開示におけるレーザ光学系の一態様は、基台と、基台の上に配置されたレーザ光源と、基台の上であって、レーザ光源から射出される光線の光軸上に配置された結合レンズと、基台の上であって、光軸上に配置された光ファイバと、を備え、結合レンズは、四角柱状の本体部と、本体部の第一の主面に配置された第一のレンズ部と、本体部における第一の主面と背向する第二の主面に配置された第二のレンズ部と、を備え、本体部における第一の側面は、第一の主面と直交する平坦な実装面を有し、本体部における第一の側面と直交する側面を第二の側面とし、第二の側面と直交する方向を第一の方向とし、第一の方向における実装面の幅が、第一の方向における本体部の幅の５割から８割の範囲に設定されている。
【発明の効果】
【００１１】
この構成により、レーザ光学系の生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本開示の一実施の形態におけるレーザ光学系を示した模式図である。
【図２】図２は、本開示の一実施の形態におけるレーザ光学系を構成する結合レンズの正面図である。
【図３】図３は、本開示の一実施の形態におけるレーザ光学系を構成する結合レンズの下面図である。
【図４】図４は、本開示の一実施の形態における結合レンズの製造方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示の一実施の形態について図を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１４】
図１は、レーザ光源１から射出された光線２を光ファイバ３に結合させるレーザ光学系１００である。レーザ光学系１００は、例えば、光通信システムに用いられる。レーザ光学系１００は、基台４の上にレーザ光源１、結合レンズ５、光ファイバ３を配置することで構成される。
【００１５】
基台４はシリコン基板で構成される。基台４におけるレーザ光源１が配置される部分は、上方に突出した光源用台座部４ａが設けられている。光源用台座部４ａの高さは、レーザ光源１と結合レンズ５と高さ方向において光軸２ａが一致するように設定されている。基台４における光ファイバ３が配置される部分は、上方に突出した光ファイバ用台座部４ｂが設けられている。光ファイバ用台座部４ｂの上部にはＶ字状の溝（特に図示せず）が設けられている。Ｖ字状の溝に光ファイバ３を配置することで、光ファイバ３を光軸２ａの高さに位置決めされる。
【００１６】
レーザ光源１は、レーザダイオードを用いることができる。例えば、レーザ光学系１０
０を光通信システムにおける送信システムに用いる場合、レーザ光源１から射出される光線の波長は１３１０ｎｍに設定される。レーザ光学系１００を光通信システムにおける送信システムに用いる場合、レーザ光源１から射出される光線の波長は１５５０ｎｍに設定される。
【００１７】
結合レンズ５は、四角柱状の本体部６と、本体部６におけるレーザ光源１に面する第一の主面６ａに配置した第一のレンズ部７と、本体部６における光ファイバ３に面する第二の主面６ｂに配置した第二のレンズ部８とを有する。図２に結合レンズ５を光軸方向から見た正面図を示す。本体部６は、第一の主面６ａ、第二の主面６ｂ及び第一から第四の側面６ｃ〜６ｆを有する。本体部６において第一の主面６ａと第二の主面６ｂは背向する。第一の側面６ｃは、図３に示すように平坦な実装面９を有する。図３は、結合レンズ５の下面図である。実装面９は基台４に接着される領域である。第二の側面６ｄは第一の側面６ｃと直交する。第三の側面６ｅは第一の側面６ｃと直交し、第二の側面６ｄと背向する。第四の側面６ｆは第一の側面６ｃと背向する。
【００１８】
また、図２における破線７ａは第一のレンズ部７と第一の主面６ａの境界を示す。実線８ａは第二のレンズ部８と第二の主面６ｂの境界を示す。これらの境界は円形状となっており、この境界を示す円の直径を加工径と呼ぶ。結合レンズ５における本体部６は、四角柱形状である。ただし、本体部６における面と面の接続部分は、いずれも曲面により接続されている。なお、本体部６における面と面との接続部分とは、例えば、第一の主面６ａと第一の側面６ｃの稜線にあたる部分や、第一の側面６ｃと第二の側面６ｄの稜線にあたる部分を示す。本開示における四角柱形状という表現は、本体部６における稜線部が曲面である形状を示している。また、第一の主面６ａおよび第二の主面６ｂは、稜線部の曲面を除き平坦面である。なお、本体部６の大きさは、例えば、高さＨが１ｍｍ、幅Ｗが１ｍｍ、厚みＤが０．４７ｍｍである。また、第一の主面６ａにおける加工径Ａは０．６ｍｍ、第二の主面６ｂにおける加工径Ｂは０．７４ｍｍである。実装面９における光軸方向の幅Ｗ１は０．６５ｍｍ、光軸２ａと直交する方向の幅Ｗ２は０．３８ｍｍである。なお光軸２ａに直交する方向は、第二の側面６ｄに直交する方向と同じである。結合レンズ５は、図３に示すように、本体部６から突出する第二のレンズ部８の突出量が、第一のレンズ部７の突出量より大きい。
【００１９】
なお、この本体部６の稜線部を曲面としている理由は、結合レンズ５の製造方法に起因する。次に、結合レンズ５の製造方法について説明する。
【００２０】
図４は結合レンズ５の成形工程を示す模式図である。プレス成形機は、下金型２０と上金型２１と胴型２２とを有する。下金型２０の上面は結合レンズ５における第二の主面６ｂを転写する成形面２０ａを有する。上金型２１の上面は結合レンズ５における第一の主面６ａを転写する成形面を有する。胴型２２は四角形状の貫通孔を有する。下金型２０は、胴型２２の下側から挿入され固定される。上金型２１は、胴型２２の上端から摺動可能に挿入される。
【００２１】
結合レンズ５のプレス成形は、先ず、下金型２０と胴型２２で形成される空間に硝材３０を配置する。硝材３０は球状に加工した光学ガラスからなる。次いで、胴型２２の上端から上金型２１を挿入する。この状態で硝材３０を加熱し昇温させる。硝材３０が熱点移転温度以上の成形可能温度範囲まで昇温してから上金型２１を下方に摺動させ硝材３０を変形させる。上金型２１と下金型２０の間隔が所望の値に達した時点で上金型２１の摺動を停止する。上金型２１の位置を保ったまま硝材３０を冷却する。硝材３０がプレス成形機から取り出し可能な温度まで降温したら上金型２１を上方に摺動させ硝材３０をプレス成形機から取り出す。なお、プレス成形された硝材３０は、結合レンズ５を意味する。
【００２２】
このようなプレス成形工程では、硝材３０の体積をプレス成形空間の体積に対して小さく設定することが重要である。なお、プレス成形空間とは、上金型２１と下金型２０の間隔が所望の値に達した時点における上金型２１、下金型２０および胴型２２で囲まれた空間を意味する。硝材３０の体積がプレス成形空間の体積より大きい場合、上金型２１と胴型２２の間や下金型２０と胴型２２の間の隙間に硝材３０の余剰部分が入り込む。この余剰部分の入り込みは、上金型２１の摺動や型開きの不良を引き起こす原因となる。したがって、加工バラツキを含めて硝材３０の余剰部分が発生しないように、硝材３０の体積を、予めプレス成形空間の体積より体積を小さく設定している。このように、硝材３０の体積がプレス成形空間の体積より小さく設定されたことで、上述した胴型２２と接する上金型２１の外周部分や、胴型２２と接する下金型２０の外周部分に硝材３０が回り込まなくなる。この結果、プレス成形された結合レンズ５における本体部６の稜線部が曲面形状となる。本体部６の稜線部の曲面は、成形面が転写されていない自由曲面である。また、この稜線部の曲面の占める割合は硝材３０の体積により調節することが出来る。
【００２３】
そして、この結合レンズ５では、第二の側面６ｄと直交する方向における実装面９の幅が、第二の側面６ｄと直交する方向における前記本体部６の幅の５割以上かつ８割以下の範囲に設定されている。このように実装面９の幅を規定することによりレーザ光学系１００の生産性を高めることができる。
【００２４】
すなわち、結合レンズ５における実装面９の幅を小さくすることで実装面９の面積が小さくなる。実装面９の面積が小さくなることで、基台４に対する接着の際の接着剤が回り込むのに必要な時間が短くなる。したがって、マウンターによる結合レンズ５を支持する時間が短縮され生産性が高められる。なお、実装面９の幅を本体部６の幅の８割以上とすれば、実装面９の面積の削減効果が十分でない。また、実装面９の幅を本体部６の幅の５割未満とすれば、実装面９の面積の小さくなりすぎて、結合レンズ５を基台４に接着した際の安定性が悪くなる。
【００２５】
また、この結合レンズ５では、第二のレンズ部８の加工径Ｂが第一のレンズ部７の加工径Ａより大きい。この構成に基づいて、加工径Ｂの上限を実装面９の幅Ｗ１により制限している。加工径Ｂは、プレス成形機における下金型２０の耐久性に影響を及ぼす要素である。下金型２０の成形面２０ａには、第二のレンズ部８に相当するお椀型の凹部が形成される。したがって、加工径Ｂが大きいと、凹部の開口端から上金型２１外周までの距離が小さくなる。この結果、上金型２１の耐久性が低下してしまう。一方で、本開示によれば、上述したように、実装面９の幅Ｗ１が本体部６の幅Ｗの８割以下かつ５割以上に限定されている。よって、実装面９の幅Ｗ１は加工径Ｂにより制限されるので、金型耐久性を確保することができる。なお、第二のレンズ部８の加工径Ｂが第一のレンズ部７の加工径Ａより小さい場合、第一のレンズ部７の加工径Ａを実装面９の幅Ｗ１より小さくすればよい。また、第一のレンズ部７の加工径Ａと第二のレンズ部８の加工径Ｂが等しい場合、第一のレンズ部７の加工径Ａおよび第二のレンズ部８の加工径Ｂの両方をともに実装面９の幅Ｗ１より小さくすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本開示における結合レンズおよびレーザ光学系は、例えばＱＦＳＰ（Ｑｕａｄ  Ｓｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ−ｆａｃｔｏｒ  Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）などの小型の光通信システム用途において有用である。
【符号の説明】
【００２７】
１    レーザ光源
２ａ    光軸
３    光ファイバ
４    基台
５    結合レンズ
６    本体部
６ａ    第一の主面
６ｂ    第二の主面
６ｃ    第一の側面
６ｄ    第二の側面
７    第一のレンズ部
８    第二のレンズ部
９    実装面
１００    レーザ光学系
Ａ、Ｂ    加工径
Ｗ    本体部の幅
Ｗ１    実装面の幅
【図１】
2018066771.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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