(57)【要約】【課題】従来よりも小型で高性能な光コリメータ部品、及びそれを用いた光デバイス構造を提供する。【解決手段】本発明の光コリメータ部品１０は、並列配置された複数のＶ溝１１ｂを有する基板１１と、ガラスからなり、曲率中心Ｐが実質的に同じ球面で光軸が通過する透光球面部と曲率中心が実質的に同じで支持球面部、及び光軸に平行な平面部とを有する複数の部分球面レンズ１２と、外周に支持円柱面１４ｂを有し内孔１４ａに光ファイバ１３を挿着して平面部１４ｃ、１４ｄを有する毛細管１４とを備え、基板１１のＶ溝１１ｂに部分球面レンズ１２を透光球面部が所定ピッチで並列配置した状態で固定され、部分球面レンズ１２の焦点位置±４０μｍに光ファイバ端面１３ａが位置するようにＶ溝１１ｂに毛細管１４が固定されている、また、本発明の光デバイス構造は、上記の光コリメータ部品１０が光機能素子を介して対向配置されていることを特徴とする。【選択図】　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に所定ピッチで並列配置された断面が略Ｖ形の複数の凹部を有する基板と、屈折率が略均一なガラスからなり、曲率中心が実質的に同じで対向する球面であって光軸が通過する透光球面部、該透光球面部と曲率中心が実質的に同じで支持面となる支持球面部、及び光軸に略平行な平面部とを有する複数の部分球面レンズと、該部分球面レンズに対応する複数の光ファイバを固定した光ファイバ保持具とを備え、
前記基板の凹部に複数の前記部分球面レンズの支持球面部を支持して光軸が光ファイバと略平行になる方向に透光球面部が所定ピッチで並列配置され固定されており、該部分球面レンズの焦点位置±４０μｍに光ファイバ端面が位置するように前記光ファイバ保持具が前記基板に固定されている光コリメータ部品。
【請求項２】
光ファイバ保持具が外周に支持面となる支持円柱面を有し内孔に光ファイバを挿着して光ファイバに略平行な平面部とを有する毛細管であり、且つ、基板の凹部がＶ溝であって、該基板のＶ溝に支持円柱面を支持した状態で毛細管が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光コリメータ部品。
【請求項３】
部分球面レンズ及び／または毛細管の平面部が２面以上あり、その内の２面が光軸または光ファイバを挟んで対向していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光コリメータ部品。
【請求項４】
部分球面レンズの透光球面部に光学膜が形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の光コリメータ部品。
【請求項５】
基板がガラス、結晶化ガラス、またはシリコン結晶からなることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の光コリメータ部品。
【請求項６】
毛細管が、ガラス、結晶化ガラスまたはジルコニアからなることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の光コリメータ部品。
【請求項７】
部分球面レンズの球面の曲率半径公差が±０．００１５ｍｍであり、且つ毛細管の外径公差が±０．００１ｍｍであり、光コリメータ部品の光軸に対する出射光線の傾き角が０．２°以下であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の光コリメータ部品。
【請求項８】
請求項１から７の何れかに記載の一対の光コリメータ部品が所定の間隔を介して対向配置されていることを特徴とする光デバイス構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用に適する光コリメータ部品及びそれを用いた光スイッチ等の光デバイス構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速大容量の光ファイバ通信システムを構築する際には多くの光デバイスが使用される。その中には複数の波長が多重化された光信号から任意波長の光信号を取り出すものや、光信号の位相を合わせるための光学結晶体を用いるもの、光回線を切り替えて光信号を操作する光スイッチ等があり、光ファイバから出射されて広がった光信号を平行光にする多数の光コリメータ部品が用いられる。
【０００３】
従来、複数の光信号の入出力を行う光デバイスでは光コリメータ部品の構成部材として、図８に示すように、球レンズを円柱状に研削したドラムレンズ１や円柱状のＧＲＩＮレンズ等を用い、その円柱部１ａの側面をＶ溝２ａが形成された基板２に固定したレンズアレイ３が使用されている。
【０００４】
また、特許文献１には、球レンズをＶ溝に保持した光ファイバアレイが開示されており、特許文献２には加工された球レンズの開示があり、特許文献３には上下が平面に加工された球レンズが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５９−３６２１４号公報（第２−３頁、第１−２図）
【特許文献２】
実開昭６１−７６４０７号公報（第１頁、第２図）
【特許文献３】
米国特許第６２０７９５０号公報（第１１−１２頁、第１−６図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の円柱状レンズでは、その円柱部１ａの直径は小さなタイプのものでもφ１．０ｍｍ程度あり、少なくとも、この円柱部１ａの直径以下のレンズピッチでレンズアレイ３を作製することは物理的に不可能である。また、円柱状レンズの円柱部１ａの直径および表面状態や、円筒度を高精度に管理することは技術的に困難であり、また、ＧＲＩＮレンズではその屈折率分布の軸対象性を高精度に管理することも困難である。そのため、単に円柱状レンズをＶ溝基板に固定しただけでは、光学特性の優れたレンズアレイとはならず、調整が必要となり、高精度で高性能な光デバイスを作製する上で問題がある。
【０００７】
このような円柱状レンズの制約が、例えば、レンズの光軸ピッチが１ｍｍ以下と小型で、レンズが正確にアライメントされたレンズアレイを作製する場合に障害となっており、所望の小型の光デバイスを実現することができないという問題がある。
【０００８】
また、特許文献１〜３に開示された球レンズも同様に、直径以下のレンズピッチでレンズアレイを作製することは物理的に不可能である。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、小型で高性能な光コリメータ部品、及びそれを用いた光デバイス構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光コリメータ部品は、一面に所定ピッチで並列配置された断面が略Ｖ形の複数の凹部を有する基板と、屈折率が略均一なガラスからなり、曲率中心が実質的に同じで対向する球面であって光軸が通過する透光球面部、該透光球面部と曲率中心が実質的に同じで支持面となる支持球面部、及び光軸に略平行な平面部とを有する複数の部分球面レンズと、該部分球面レンズに対応する複数の光ファイバを固定した光ファイバ保持具とを備え、前記基板の凹部に複数の前記部分球面レンズの支持球面部を支持して光軸が光ファイバと略平行になる方向に透光球面部が所定ピッチで並列配置され固定されており、該部分球面レンズの焦点位置±４０μｍに光ファイバ端面が位置するように前記光ファイバ保持具が前記基板に固定されているものである。
【００１１】
部分球面レンズを構成する球面としては、真球度に優れた球レンズを使用することが好ましい。球レンズを使用することにより、対向する透光球面部と支持球面部の曲率中心が精密に管理されることになる。即ち、透光球面部と支持球面部とが実質的に同一球面であり、支持球面部の位置を制御することにより、容易に部分球面レンズの光軸位置を管理することが可能となる。
【００１２】
光軸に略平行な平面部としては、部分球面レンズを整列させた際に、平面部の距離が相互の透光球面部のピッチよりも小さくなれば使用可能であり、信号光に支障が出ない程度の損失となる位置まで大きくすることが可能である。実用上、信号光のビーム径よりも若干大きい透光球面部が確保できる平面部であることが好ましい。光コリメータの小型化、細径化のため、高い真球度を有する部分球面レンズの周囲を研削して作製した部分球面レンズが適している。
【００１３】
本発明で使用する部分球面レンズの材料としては、屈折率が略均一な光学ガラス等からなり、真球状に加工することにより高い焦点精度を有する部分球面レンズが作製できる材料であれば使用可能である。部分球面レンズに用いるガラスとしては、光学ガラスのＢＫ７、Ｋ３、ＴａＦ３、ＬａＦ０１、ＬａＳＦ０１５等を用いることが好ましい。
【００１４】
光ファイバ保持具としては、基板と同様なＶ溝アレイ、プラスチック射出成形等によるマルチ光ファイバフェルール、外周に支持面となる支持円柱面を有する毛細管、角形毛細管等が使用可能である。
【００１５】
また、本発明で部分球面レンズの焦点位置±４０μｍに光ファイバ端面を位置させるとは、図１（Ａ）に示すように、一対の光コリメータを対向配置させて光信号を授受する際に、光ファイバ端面１３ａを部分球面レンズ１２の焦点位置ＦＰに配置すると図１（Ｂ）のように位置に出射光のビームウエストＢＷが形成される。光ファイバ端面１３ａを部分球面レンズ１２の焦点位置ＦＰよりも近い位置に配置すると図１（Ｃ）のような部分球面レンズ１２に近い位置に出射光のビームウエストＢＷが形成されるが、光ファイバ端面１３ａを部分球面レンズ１２の焦点位置ＦＰよりも４０μｍ以上近い位置に配置するとビームウエストＢＷが形成されず広がってしまう。一方、光ファイバ端面１３ａを部分球面レンズ１２の焦点位置ＦＰよりも遠い位置に配置すると図１（Ｄ）のように部分球面レンズ１２から遠い位置に出射光のビームウエストＢＷが形成されるが、光ファイバ端面１３ａを部分球面レンズ１２の焦点位置ＦＰよりも４０μｍ以上遠い位置に配置するとビームウエストＢＷが形成されず集光した後に広がってしまう。本発明の光コリメータでは、光ファイバ端面１３ａを部分球面レンズ１２の焦点位置±４０μｍの距離になる位置に固定することが重要となる。
【００１６】
本発明に使用する基板としては、一面に所定ピッチで並列配置された断面が略Ｖ形の複数の凹部としては、略漏斗状の凹部やＶ溝等があり、その所定ピッチとしては、光スイッチ用の光路切り替え機能素子や波長フィルター他の光機能素子の配列間隔に適応したピッチであればよい。
【００１７】
また、本発明の光コリメータ部品は、光ファイバ保持具が外周に支持面となる支持円柱面を有し内孔に光ファイバを挿着して光ファイバに略平行な平面部とを有する毛細管であり、且つ、基板の凹部がＶ溝であって、該基板のＶ溝に支持円柱面を支持した状態で毛細管が固定されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に使用する平面部を有する毛細管としては、外径が部分球面レンズとほぼ同じであり、円筒状毛細管の外周面に一面以上のオリフラ形状等の平面部を形成したものであれば使用可能である。また、本発明に使用する基板としては、部分球面レンズの支持球面部を２点で支持することができるＶ溝であれば使用可能であり、底面から部分球面レンズの支持球面部を２点で支持する複数のＶ溝の角度や深さ等の寸法が所定範囲に管理されていることが光学的な特性を維持する上で重要となる。
【００１９】
また、本発明の光コリメータ部品は、部分球面レンズ及び／または毛細管の平面部が２面以上あり、その内の２面が光軸または光ファイバを挟んで対向していることを特徴とする。
【００２０】
部分球面レンズの平面部が２面以上あり、その内の２面が光軸を挟んで対向しているとは、例えば、図３の部分球面レンズ１２における平面部１２ｄ、１２ｅのような状態を示し、部分球面レンズを整列させた際に、平面部の距離が相互の透光球面部のピッチよりも小さくなれば使用可能であり、信号光に支障が出ない程度の損失となる位置まで２面間の距離を大きくすることが可能である。実用上、信号光のビーム径よりも若干大きい透光球面部が確保できる平面部であることが好ましい。他の光軸に略平行な平面部は、信号光に支障が出ない寸法範囲で部分球面レンズの位置決め、固定等に使用可能である。また、毛細管の平面部が２面以上あり、その内の２面が光ファイバを挟んで対向しているとは、例えば、図２の毛細管１４における平面部１２ｃ、１２ｄのような状態を示し、毛細管を整列させた際に、光ファイバの端面を部分球面レンズの光軸に一致させることができ、且つ相互の透光球面部のピッチに対応する間隔よりも小さくなれば使用可能である。
【００２１】
さらに、本発明の光コリメータ部品は、部分球面レンズの透光球面部に光学膜が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
透光球面部に形成される光学膜としては、目的に応じて減反射膜、フィルター等が使用可能である。
【００２３】
また、本発明の光コリメータ部品は、基板がガラス、結晶化ガラス、またはシリコン結晶からなることを特徴とする。
【００２４】
基板を構成するガラス、結晶化ガラス、またはシリコン結晶としては、精密に研削・研磨することができ、部分球面レンズに熱膨張係数が近いものであれば使用可能である。また、基板として精密プレス成型が可能であるガラス、結晶化ガラスであることが好ましく、延伸成形が可能なものであることがさらに好ましい。また、ガラスとしては、ホウ珪酸ガラス、光学ガラス等、結晶化ガラスとしてはシリカ・アルミナ・リシア系等のものが使用可能である。
【００２５】
また、本発明の光コリメータ部品は、毛細管がガラス、結晶化ガラス、またはジルコニアからなることを特徴とする。
【００２６】
毛細管を構成するガラス、結晶化ガラス、またはジルコニアとしては、部分球面レンズ及び基板に熱膨張係数が近いものが好ましく、精密に研削・研磨することができれば使用可能である。また、ガラスまたは結晶化ガラスは、延伸成形が可能なものであることがさらに好ましい。ガラスとしては、ホウ珪酸ガラス等、結晶化ガラスとしてはシリカ・アルミナ・リシア系等のものが使用可能である。
【００２７】
さらに、本発明の光コリメータ部品は、部分球面レンズの球面の曲率半径公差が±０．００１５ｍｍであり、且つ毛細管の外径公差が±０．００１ｍｍであり、光コリメータ部品の光軸に対する出射光線の傾き角が０．２°以下であることを特徴とする。
【００２８】
部分球面レンズとしては、例えば、高精度に加工された球レンズから作製されたもの、また、毛細管としては、例えば、光コネクタ用フェルールの公差で製造された高精度なものが用いられる。
【００２９】
本発明に係る光デバイス構造は、上記の光コリメータ部品が光機能素子を介して対向配置されていることを特徴とする。
【００３０】
光コリメータ部品が対向配置されている中央に配設される光機能素子としては、光スイッチ用の光路切り替え機能素子、波長フィルター他の光信号を操作・分割・変調等を行うものがある。
【００３１】
【作用】
本発明に係る光コリメータ部品は、一面に所定ピッチで並列配置された断面が略Ｖ形の複数の凹部を有する基板と、屈折率が略均一なガラスからなり、曲率中心が実質的に同じで対向する球面であって光軸が通過する透光球面部、該透光球面部と曲率中心が実質的に同じで支持面となる支持球面部、及び光軸に略平行な平面部とを有する複数の部分球面レンズと、該部分球面レンズに対応する複数の光ファイバを固定した光ファイバ保持具とを備え、前記基板の凹部に複数の前記部分球面レンズの支持球面部を支持して光軸が光ファイバと略平行になる方向に透光球面部が所定ピッチで並列配置され固定されており、該部分球面レンズの焦点位置±４０μｍに光ファイバ端面が位置するように前記光ファイバ保持具が前記基板に固定されているので、部分球面レンズの光軸に略平行な平面部により光軸に直交する方向の寸法を小さくすることが可能となる。
【００３２】
また、本発明の光コリメータ部品は、光ファイバ保持具が外周に支持面となる支持円柱面を有し内孔に光ファイバを挿着して光ファイバに略平行な平面部とを有する毛細管であり、且つ、基板の凹部がＶ溝であって、該基板のＶ溝に支持円柱面を支持した状態で毛細管が固定されているので、外径が部分球面レンズとほぼ同じ毛細管を使用することで、その内孔に挿着した光ファイバを部分球面レンズの光軸に容易に位置決めすることが可能となり、互いの平面部を対向配置させることで透光球面部の狭いピッチに合わせて並列配置することができる。
【００３３】
また、本発明の光コリメータ部品は、部分球面レンズ及び／または毛細管の平面部が２面以上あり、その内の２面が光軸または光ファイバを挟んで対向しているので、複数の部分球面レンズ及び毛細管を互いの平面部を対向させて並べると、光軸を従来よりもはるかに小さいピッチで並列配置することが可能となり、光軸ピッチ方向が小型の光コリメータ部品を作製することができる。
【００３４】
また、本発明の光コリメータ部品は、部分球面レンズの透光球面部に光学膜が形成されているので、減反射膜やフィルター膜等の光学膜を形成することにより高速・大容量化が進む光通信用途に対応することが可能となる。
【００３５】
また、本発明の光コリメータ部品は、基板がガラス、結晶化ガラス、またはシリコン結晶からなるので、精密研削・研磨が可能であり、ガラス、結晶化ガラスでは精密プレス成型、延伸成形等が可能となり、容易に部分球面レンズと熱膨張係数の近い材料で構成することが可能となる。
【００３６】
また、本発明の光コリメータ部品は、毛細管がガラス、結晶化ガラス、またはジルコニアからなるので、部分球面レンズ及び基板に熱膨張係数が近い材料で構成することが可能となる。
【００３７】
さらに、本発明の光コリメータ部品に用いる部分球面レンズは、高精度に加工された球レンズから作製されており、また、毛細管としてフェルール公差で製造された高精度なものを用いることで、光コリメータ部品の光軸に対する出射光線の傾き角を非常に小さくすることができるので、アライメントの自動化が容易となる。
【００３８】
光コリメータ部品の光軸に対する出射光線の傾き角は、毛細管と部分球面レンズの光軸のズレ量と部分球面レンズの焦点距離を用いて以下の数式で表される関係にある。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
本発明に係る光デバイス構造は、上記の光コリメータ部品が光機能素子を介して対向配置されているので、そのアライメント作業の自動化が容易に行えると共に、光軸ピッチ方向が従来にない小型である光デバイスを作製することができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光コリメータ部品の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４２】
図２に示すように、光コリメータ部品１０は、一面１１ａに４本のＶ溝１１ｂが形成されたガラス製の基板１１と、基板１１のＶ溝１１ｂに固着した部分球面レンズ１２と、平面部１４ｃ、１４ｄが形成され光ファイバ１３を内孔１４ａに挿着しており外周円柱面１４ｂを基板１１のＶ溝１１ｂに当接させて接着剤１５で毛細管１４を固着してあるものであり、光ファイバ１３の端面１３ａは、端面１３ａからの反射戻り光を抑制するため、光軸Ｊと直交する平面に対して約８°に傾斜仕上げされ、部分球面レンズ１２の焦点位置±２μｍに配置されている。
【００４３】
本発明に使用する部分球面レンズ１２は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、屈折率が略均一な光学ガラスのＬａＳＦ０１５からなり曲率中心Ｐが実質的に同じで対向する球面であって光軸Ｊが通過する透光球面部１２ａ、１２ｂと、透光球面部１２ａ、１２ｂと曲率中心Ｐが実質的に同じで支持面となる支持球面部１２ｃと、光軸Ｊに略平行な平面部１２ｄ、１２ｅとを有するものである。透光球面部１２ａ、１２ｂ、及び支持球面部１２ｃの曲率半径は０．５ｍｍであり、焦点距離は０．５７３ｍｍである。また、平面部１２ｄ、１２ｅ間の距離は０．４ｍｍと、従来の円柱状レンズに比べて非常に小さくなっている。
【００４４】
部分球面レンズ１２の透光球面部１２ａ、１２ｂには信号光の反射防止のために波長が１２６０〜１６７５ｎｍ（Ｏ、Ｅ、Ｓ、Ｃ、Ｌ、Ｕバンドと呼ばれている・・・ＩＴＵ−Ｔ策定）の光を９９％以上透過する多層構造の減反射膜１２ｆ、１２ｇがそれぞれ形成されている。また、平面部１２ｅには光軸Ｊの位置及びその方向を示すＶ溝状のマーキングＭが刻設されている。
【００４５】
また、図２に示す本発明の光コリメータ部品１０は、一面１１ａに光スイッチ用光路切り替え機能素子等の光機能素子の配列間隔に適応した０．５ｍｍピッチで並列配置された４本のＶ溝１１ｂを有する基板１１に、部分球面レンズ１２の支持球面部１２ｃを支持して透光球面部１２ａ、１２ｂを０．５ｍｍピッチで並列配置した状態でエポキシ系接着剤１５により固着されているものである。
【００４６】
また、他の実施の形態で使用する部分球面レンズ１２としては、図４（Ａ）に示すように、部分球面レンズ１２に設けられた平面部が平面部１２ｄの一面だけであり、２個の部分球面レンズ１２を互いの平面部１２ｄ同士を対向配置することで、光軸Ｊを所定の間隔に位置させることができる。この際、マーキングＭが印刷等による凸部となる場合には、透光球面部１２ａ、１２ｂ及び支持球面部１２ｃにかからない球面に設けるとよい。さらに、図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、部分球面レンズ１２に、光軸Ｊに略平行な他の平面部１２ｈを設けてもよく、平面部１２ｈを平面状の当接部を有する押圧整列部材等に当接させることで部分球面レンズ１２の整列配置が容易になる。この場合、平面部１２ｈはマーキングＭとしても使用可能である。
【００４７】
また、図２に示す基板１１は、部分球面レンズ１２を構成するＬａＳＦ０１５の熱膨張係数７４×１０−７／Ｋと近い５１×１０−７／Ｋであるホウ珪酸ガラスからなり、一面２１ａに並列配置されたＶ溝１１ｂは、図３に示す部分球面レンズ１２の支持球面部１２ｃを２点で支持するものであり、底面１１ｃから部分球面レンズ１２の支持球面部１２ｃを２点で支持するＶ溝１１ｂの高さ寸法が所定範囲、例えば、±０．１μｍに管理されており、それぞれの部分球面レンズ１２が光軸Ｊの位置が設計上の中心座標に対して±１μｍになっており、各部分球面レンズ１２間に集光レンズとしての光学的な特性に実質的な差異が生じないように維持されている。
【００４８】
また、先の図２に示すように、光コリメータ部品１０の部分球面レンズ１２は高精度に加工された球レンズから作製されているので、例えば、その球レンズの直径を±０．００１ｍｍ、即ち、部分球面レンズの球面（透光球面部１２ａ、１２ｂ及び支持球面部１２ｃ）の曲率半径公差を±０．０００５ｍｍで管理することが可能である。また、光コネクタなどに用いる±０．０００５ｍｍの外径公差で作製された毛細管１４を用いることで、光コリメータ部品１０の部分球面レンズアレイの光軸Ｊに対する出射光線の傾き角を非常に小さくすることができる。そこで、光学ガラスのＬａＳＦ０１５からなる直径１ｍｍ±０．００１ｍｍの球レンズから作製した部分球面レンズ１２を用いれば、数１から、部分球面レンズアレイの光軸Ｊに対する出射光線の傾き角は、最大でも０．１°程度となり、ＧＲＩＮレンズなどを用いた場合の０．３°程度と比較すると大幅に小さくなっており、これまで困難とされていたアライメントの自動化を容易に行うことが可能となった。
【００４９】
本発明に係る光デバイス構造の一例として、図５に示すように、光スイッチ２０は上記の光コリメータ部品１０が、光スイッチ用の光路切り替え機能素子である光機能素子２１を挟んでベース基板２２上に対向配置されて各光コリメータ部品１０、１０及び光機能素子２１の光軸Ｊが整合されているものである。
【００５０】
次に、上記光コリメータ部品１０の挿入損失の測定を行った。
【００５１】
作動距離が５．５ｍｍとなるように設定した光コリメータ部品１０の作動距離と挿入損失との関係について、測定を行った結果のデータを表１に、そのプロットを図６にそれぞれ示す。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
本発明の光コリメータ部品１０は、作動距離５．５ｍｍおよび、その作動距離の±０．５ｍｍにおいて、挿入損失が０．３ｄＢであり、光スイッチ等の光部品に用いることが十分可能な性能を有している。
【００５４】
次に、図２に示す本発明の光コリメータ部品１０を作製する方法について一例を説明する。
【００５５】
まず、レンズと同様の光学ガラス、ホウ珪酸ガラスまたは結晶化ガラスを使用して、一面１１ａに光機能素子の配列間隔に適応した０．５ｍｍピッチで並列配置された４本のＶ溝１１ｂを有する基板１１を精密研削・研磨、精密プレス成型、または延伸成形により作製する。
【００５６】
次に、光学ガラスのＬａＳＦ０１５からなるガラス材料を曲率半径が０．５ｍｍ、即ち、直径１ｍｍで真球度が１μｍ以下の球レンズを作製し、研削加工により光軸Ｊに略平行な平面部１２ｄ、１２ｅを形成する。次いで、透光球面部１２ａ、１２ｂに波長が１２６０〜１６７５ｎｍの光を９９％以上透過する多層構造の減反射膜１２ｆ、１２ｇを形成する。この際、平面部１２ｅに光軸Ｊの位置及びその方向を示すＶ溝状のマーキングＭを刻設する。このようにして図３に示すような部分球面レンズ１２を得る。
【００５７】
次いで、基板１１のＶ溝１１ｂに、支持球面部１２ｃを当接させてマーキングＭの方向及び向きが同じになるように上記部分球面レンズ１２を整列配置し、透光球面部１２ａ、１２ｂが所定の位置になるように、図示しない治具により透光球面部１２ａ、１２ｂにキズや汚れがつかないように位置決めする。この状態で、接着剤１５を塗布し、接着剤１５が熱硬化性の場合には乾燥炉で、光硬化性の場合には光照射装置を使用して基板１１に部分球面レンズ１２を固着する。
【００５８】
なお、減反射膜１２ｆ、１２ｇは、基板１１に部分球面レンズ１２を固着した後に透光球面部１２ａ、１２ｂに形成してもよい。
【００５９】
次いで、ホウ珪酸ガラス母材を延伸成形することにより長尺の毛細管を得、所定の寸法に切断し、平面部１４ｃ、１４ｄを形成して毛細管１４を作製する。
【００６０】
得られた毛細管１４の内孔１４ａに光ファイバ１３を固着した後、光ファイバ１３の端面１３ａを、端面１３ａからの反射戻り光を抑制するため、光軸Ｊと直交する平面に対して約８°傾斜に仕上げる。このようにした毛細管１４の外周円柱面１４ｂを部分球面レンズ１２が固着されている基板１１のＶ溝１１ｂに当接させて接着剤１５で固着することにより光コリメータ部品１０を作製する。
【００６１】
また、図５に示すように、本発明に係る光スイッチ２０は、光スイッチ用の光路切り替え機能素子である光機能素子２１をベース基板２２上の中央に固定し、光機能素子２１を挟んで上記の光コリメータ部品１０、１０を、所定の作動距離となる位置に対向配置し、各光コリメータ部品１０、１０及び光機能素子２１の光軸Ｊを整合させた状態で接着剤その他を使用して固定することにより作製する。
【００６２】
次に、図７に示す本発明の他の光コリメータ部品３０は、先出の図４（Ａ）に示す部分球面レンズ１２をその平面部１２ｄを互いに対向配置した状態で接着剤３２により基板３１に固着させたものである。このような光コリメータ部品３０は、図４（Ａ）に示す平面部１２ｄのみの部分球面レンズ１２を用いることにより、光通信ネットワークを構築する際に数多く使用される２×２光スイッチを効率よく安価に作製することが可能となる。もちろん、先出の図４（Ａ）に示す部分球面レンズ１２の代わりに、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示す部分球面レンズ１２を用いても２×２光スイッチを安価に作製することが可能となる。
【００６３】
なお、上記光コリメータ部品の挿入損失の測定は以下のようにして行った。即ち、作製した上記光コリメータ部品を２つ準備し、波長が１５５０ｎｍのレーザーダイオード安定化光源に光ファイバを繋ぎ、この光ファイバに一方の光コリメータ部品を融着スプライスにて接続する。この光コリメータ部品をＸＹＺの空間軸と直交する２つの回転軸を有する５軸光学ステージに固定する。次に、他方の光コリメータ部品を光学架台に固定し、光コリメータ部品のピグテールとなっている光ファイバの先端をパワーメータに接続する。その後、５軸ステージを操作して、２つの光コリメータ部品間の光学的な結合が最良となるように調心し、その状態でパワーメータにより受光量（単位：ｄＢｍ）を測定する。この受光量を予め測定しておいた安定化光源とパワーメータを光ファイバで直結したときの受光量（単位：ｄＢｍ）の測定値から差し引いて挿入損失を算出した。
【００６４】
【発明の効果】
本発明に係る光コリメータ部品は、一面に所定ピッチで並列配置された断面が略Ｖ形の複数の凹部を有する基板と、屈折率が略均一なガラスからなり、曲率中心が実質的に同じで対向する球面であって光軸が通過する透光球面部、該透光球面部と曲率中心が実質的に同じで支持面となる支持球面部、及び光軸に略平行な平面部とを有する複数の部分球面レンズと、該部分球面レンズに対応する複数の光ファイバを固定した光ファイバ保持具とを備え、前記基板の凹部に複数の前記部分球面レンズの支持球面部を支持して光軸が光ファイバと略平行になる方向に透光球面部が所定ピッチで並列配置され固定されており、該部分球面レンズの焦点位置±４０μｍに光ファイバ端面が位置するように前記光ファイバ保持具が前記基板に固定されており、光軸に略平行な平面部により光軸に直交する方向の寸法を小さくすることが可能となるので、従来よりも高密度配置された光スイッチ等の光デバイスを作製することが可能となる。
【００６５】
また、本発明の光コリメータ部品は、光ファイバ保持具が外周に支持面となる支持円柱面を有し内孔に光ファイバを挿着して光ファイバに略平行な平面部とを有する毛細管であり、且つ、基板の凹部がＶ溝であって、該基板のＶ溝に支持円柱面を支持した状態で毛細管が固定されており、外径が部分球面レンズとほぼ同じ毛細管を使用すると、その内孔に挿着した光ファイバを部分球面レンズの光軸に容易に位置決めすることが可能となり、互いの平面部を対向配置させることで透光球面部の狭いピッチに合わせて並列配置することができるので、高精度で高性能な高密度配置された光コリメータ部品が容易に得られる。
【００６６】
また、本発明の光コリメータ部品は、部分球面レンズ及び／または毛細管の平面部が２面以上あり、その内の２面が光軸または光ファイバを挟んで対向しており、複数の部分球面レンズ及び毛細管を互いの平面部を対向させて並べると、光軸を従来よりもはるかに小さいピッチで並列配置することが可能となり、光軸ピッチ方向が小型の光コリメータ部品を作製することができるので、コリメータを並列配置した状態で使用する光デバイスの場合、従来よりも配置が大幅に高密度化された光デバイスを作製することができる。
【００６７】
また、本発明の光コリメータ部品は、部分球面レンズの透光球面部に光学膜が形成されているので、減反射膜やフィルター膜等の光学膜を形成することにより高速・大容量化が進む光通信用途に対応する光デバイスを作製することが可能となる。
【００６８】
また、本発明の光コリメータ部品は、基板がガラス、結晶化ガラス、またはシリコン結晶からなり、容易に部分球面レンズと熱膨張係数の近い材料で構成することが可能となるので、信頼性の高い光デバイスを作製することが可能となる。
【００６９】
また、基板がガラス、結晶化ガラス、またはシリコン結晶からなる本発明の光コリメータ部品は、精密研削・研磨が可能となり、また、基板がガラスまたは結晶化ガラスからなる本発明の光コリメータ部品は、精密プレス成型、延伸成形等が可能となり、安価な光デバイスを作製することが可能となる。
【００７０】
また、本発明の光コリメータ部品は、毛細管が、ガラス、結晶化ガラス、またはジルコニアからなり、部分球面レンズ及び基板に熱膨張係数が近い材料で構成することが可能となるので、信頼性の高い光デバイスを安価に作製することが可能となる。
【００７１】
さらに、本発明の光コリメータ部品では、その部分球面レンズは高精度に加工された球レンズから作製されており、毛細管として光コネクタ用などの高精度なものを用いることで、光コリメータ部品の光軸に対する出射光線の傾き角を非常に小さくすることができるので、アライメントの自動化を容易に行うことが可能な光コリメータ部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光コリメータ部品の説明図であって、（Ａ）は光コリメータを対向配置させた図、（Ｂ）は部分球面レンズの焦点位置に光ファイバ端面を配置した際のビームウエスト位置の説明図、（Ｃ）は部分球面レンズの焦点位置よりも近くに光ファイバ端面を配置した際のビームウエスト位置の説明図、（Ｄ）は部分球面レンズの焦点位置よりも遠くに光ファイバ端面を配置した際のビームウエスト位置の説明図。
【図２】本発明の光コリメータ部品の説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図。
【図３】部分球面レンズの説明図であって、（Ａ）は光軸に平行な側面図、（Ｂ）は光軸に垂直な正面図。
【図４】他の部分球面レンズの説明図であって、（Ａ）は平面部が１面である部分球面レンズの正面図、（Ｂ）は平面部が３面である部分球面レンズの側面図、（Ｃ）は（Ｂ）の正面図。
【図５】本発明に係る光デバイス構造の説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図。
【図６】本発明の光コリメータ部品の挿入損失を作動距離に対してプロットした説明図。
【図７】本発明に係る他の光コリメータ部品の説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図。
【図８】従来のレンズアレイの構造を示す説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は光軸に垂直な方向の正面図。
【符号の説明】
１　ドラムレンズ
１ａ　円柱部
２、１１、３１　基板
２ａ、１１ｂ　Ｖ溝
３　レンズアレイ
１０、３０　光コリメータ部品
１１ａ　一面
１１ｃ　底面
１２　部分球面レンズ
１２ａ、１２ｂ　透光球面部
１２ｃ　支持球面部
１２ｄ、１２ｅ、１２ｈ　平面部
１２ｆ、１２ｇ　減反射膜
１３　光ファイバ
１３ａ　端面
１４　毛細管
１４ａ　内孔
１４ｂ　外周円柱面
１４ｃ、１４ｄ　平面部
１５、３２　接着剤
２０　光スイッチ
２１　光機能素子
２２　ベース基板
ＦＰ　焦点位置
ＢＷ　ビームウエスト
ＷＤ　作動距離
Ｊ　光軸
Ｍ　マーキング
Ｐ　曲率中心
【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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