(57)【要約】【課題】コンパクトな構成でありながら装置内部での光の損失が小さく，かつ製造コストの低減が図られた光装置を提供する。【解決手段】レンズ２は，球体の形状を有する。ハーフミラー膜３は，このレンズ２の表面の一部に金属または誘電体を蒸着することによって形成される。ハーフミラー膜３は，曲率Ｒを有する凹面鏡３ｍとしても機能する。ハーフミラー膜３において反射した光は，光Ｂ２として第１のＰＤ５へ向かう。第１のフォトダイオード（ＰＤ）５は，光Ｂ２のパワーをモニタする。ハーフミラー膜３を透過した光Ｂ３は，屈折してエタロン４に向けて出射される。半導体ＬＤ１は，レンズ２の焦点に配置されており，この結果，光Ｂ３は平行光となる。光Ｂ３は，エタロン４を通過した後，第２のＰＤ６に入射される。第２のＰＤ６は，光Ｂ３の波長をモニタする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的な球体形状を有し，受けた光のＸ（Ｘ＞０）％を反射させ，Ｙ（Ｙ＞０，Ｘ＋Ｙ＜１００）％を透過させる機能膜が球体表面の第１領域に形成されているレンズと，
光出射部と，
第１の受光部と，
第２の受光部と，
を備えた光装置であって，
前記レンズは，前記光出射部から出射された光が，直接的または間接的に，前記第１領域以外の第２領域から入射され前記機能膜に達するように配置され，
前記光出射部は，出射した光が前記機能膜を透過した後，実質的に平行光となる位置に配置され，
前記第１の受光部は，前記光出射部から出射された光のうちの前記機能膜において反射したＸ％の光を，直接的または間接的に，受光する位置に配置され，
前記第２の受光部は，前記光出射部から出射された光のうちの前記機能膜を透過したＹ％の光を，直接的または間接的に，受光する位置に配置される，
ことを特徴とする，光装置。
【請求項２】
前記第２の受光部は，エタロンを介して，前記Ｙ％の光を受光することを特徴とする，請求項１に記載の光装置。
【請求項３】
前記レンズは，屈折率分布を有することを特徴とする，請求項１または２に記載の光装置。
【請求項４】
前記第２領域には光反射防止膜が形成されており，前記光出射部から出射された光は，前記光反射防止膜を介して前記レンズに入射されることを特徴とする，請求項１，２，または３に記載の光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来，エタロン（ｅｔａｌｏｎ）の波長特性を利用して，レーザダイオード（ＬＤ）の発振波長を監視する装置が何種類か提案されている。その中で最も基本的な装置は，ＬＤ，エタロン，コリメートレンズ，および２個のフォトダイオード（ＰＤ）から構成されている。この装置において，ＬＤから発せられた発散光は，コリメートレンズによって平行光に変換され，この平行光の一部が直接第１のフォトダイオード（ＰＤ）へ導入され，一部がエタロンを介して第２のＰＤへ導入される。
【０００３】
従来の装置によれば，エタロンのエッジにおいて生じる光の回折を防止するために，各光学系部品の配置に極めて高い精度が要求されていた。ビームスプリッタを用いて，回折現象を抑えることも可能であるが，この場合は部品点数が増加してしまい，装置規模の増大や製造コストアップといった新たな問題が生じることになる。
【０００４】
特開平９−８０１３５号公報に記載の光磁界センサは，半球レンズを備えている。この半球レンズは，ビームスプリッタの役割も果たすため，装置全体として部品点数の削減が実現することになる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−９３９１号公報
【特許文献２】
特開平９−８０１３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，光装置に半球レンズを用いる場合，半球レンズと他の部品との光軸合わせに依然として高い精度が要求され，装置の製造コストアップに繋がるおそれがあった。また，半球レンズには，平面部と曲面部（球面部）が存在する。したがって，装置の製造において，半球レンズの平面部の研磨工程と，曲面部の研磨工程とをそれぞれ別個に実施する必要があった。
【０００７】
本発明は，上記のような問題点に鑑みてなされたものであり，コンパクトな構成でありながら装置内部での光の損失が小さく，かつ製造コストの低減が図られた新規かつ改良された光装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明によれば，レンズ，光出射部，第１の受光部，および第２の受光部を備えた光装置が提供される。レンズは，実質的な球体形状を有し，その球体表面の第１領域に機能膜が形成されている。機能膜は，受けた光のＸ（Ｘ＞０）％を反射させ，Ｙ（Ｙ＞０，Ｘ＋Ｙ＜１００）％を透過させる機能を有している。
【０００９】
レンズは，光出射部から出射された光が，直接的または間接的に，第１領域以外の第２領域から入射され機能膜に達するように配置される。光出射部は，出射した光が機能膜を透過した後，実質的に平行光となるように配置される。第１の受光部は，光出射部から出射された光のうちの機能膜において反射したＸ％の光を，直接的または間接的に，受光する位置に配置される。第２の受光部は，光出射部から出射された光のうちの機能膜を透過したＹ％の光を，直接的または間接的に，受光する位置に配置される。なお，「間接的」とは，例えば，光出射部から出射された光が，他の光学部品（フィルタや光ファイバ等）を介してレンズに入射されることを意味する。
【００１０】
光出射部から出射された光は，レンズによって少なくとも２つの光に分離され，分離された光の一が平行光に変換される。すなわち，レンズがコリメータおよびビームスプリッタとしての役割を果たす。この結果，光装置の規模縮小が実現する。また，装置の製造工程において，コリメータとビームスプリッタとの間の光軸調整が不要となる。さらに，レンズは球体形状を有しているため，一度の研磨工程を実施すればその表面に対する研磨処理が完了する。
【００１１】
第２の受光部とレンズの間にエタロンを配置してもよい。機能膜を透過したＹ％の光は，高い平行度を有しているため，エタロンの光学特性を劣化させることはない。
【００１２】
レンズが屈折率分布を有する場合，レンズの屈折率を制御することは比較的容易である。このタイプのレンズによれば，機能膜で反射するＸ％の光が平行光となるようにレンズの曲率を調整しつつ，機能膜を透過するＹ％の光の平行度を保つことが可能となる。
【００１３】
光出射部から出射された光がレンズに入射される際に，その一部が反射してしまうと，光出射部を含む周囲の光学部品の動作に悪影響が及ぶおそれがある。光出射部から出射された光が入射されるレンズ表面の第２領域に光反射防止膜を形成すれば，装置を構成する各光学部品の安定動作が保障されることになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる光装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，以下の説明および添付された図面において，略同一の機能および構成を有する要素については，同一符号を付することによって重複説明を省略する。
【００１５】
本発明の実施の形態にかかる光波長／パワー測定装置（光装置）１００は，図１に示すように，半導体ＬＤ（光出射部）１，レンズ２，ハーフミラー膜（機能膜）３，エタロン４，第１のフォトダイオード（第１の受光部）５，および第２のフォトダイオード（第２の受光部）６を含んで成る。
【００１６】
エタロン４は，高い透過特性を有する狭帯域波長フィルタであり，特定の周波数（およびその整数倍）の光だけを選択的に透過させる。また，波面歪みや挿入損失が小さいといった特長も併せ持つ。エタロン４は，例えば，石英ブロックの対向する面に光反射膜を蒸着することによって形成される。半導体ＬＤ１から出射される光Ｂ１の波長間隔が１００ＧＨｚの場合，石英ブロックの厚みは約１ｍｍとされる。
【００１７】
第１のフォトダイオード（ＰＤ）５は，半導体ＬＤ１から出射された光Ｂ１のパワーをモニタし，第２のＰＤ６は，光Ｂ１の波長をモニタする。
【００１８】
レンズ２は，球体の形状を有する。ハーフミラー膜３は，このレンズ２の表面の一部（第１領域（半球））に金属または誘電体を蒸着することによって形成される。例えば，半導体ＬＤ１から出射される光Ｂ１が赤外光である場合，金属材料として金が選択される。また，ハーフミラー膜３を誘電体で構成する場合には，酸化チタン，シリコン，および石英を積層させる。
【００１９】
半導体ＬＤ１，レンズ２，エタロン４，第１のＰＤ５，および第２のＰＤ６はそれぞれ，次のように位置が調整される。まずレンズ２は，その中心軸（光軸）Ａ２が，半導体ＬＤ１から出射された光Ｂ１の中心軸Ａ１と所定の傾きを成すように位置調整される。これによって，ハーフミラー３において反射した光Ｂ２は，半導体ＬＤ１に戻らなくなる。第１のＰＤ５は，光Ｂ２を受光できる位置に配置される。また，エタロン４および第２のＰＤ６へ向かう光Ｂ３は，ハーフミラー膜３を透過する際に屈折し，その伝搬方向も偏向する。
【００２０】
以上のように構成された光波長／パワー測定装置１００の動作を説明する。
【００２１】
半導体ＬＤ１は，実際の通信に用いられる光Ｂ０を第１の端面から出射するとともに，第２の端面から光Ｂ１を出射する。この光Ｂ１は，光Ｂ０の波長およびパワーをモニタするために用いられる。
【００２２】
光Ｂ１は，レンズ２に入射され，ハーフミラー膜３に達する。例えば，ハーフミラー膜３が，反射率（Ｘ％）と透過率（Ｙ％）が等しくなるように形成されている場合，ここで光Ｂ１の５０％が反射し，残りの５０％が透過する。
【００２３】
ハーフミラー膜３において反射した光は，光Ｂ２として第１のＰＤ５へ向かう。ハーフミラー膜３は，曲率Ｒを有する凹面鏡３ｍとしても機能する。ここで反射した光Ｂ２は一旦収束する。凹面鏡３ｍの焦点距離よりも遠い位置に第１のＰＤ５が配置されている場合，一旦収束した光Ｂ２は，散開しながら第１のＰＤ５に入射される。
【００２４】
光Ｂ２がある程度拡散する位置に第１のＰＤ５を置く場合には，第１のＰＤ５として，受光面が広く受光感度の高いタイプを採用する。なお，レンズ２の形状やその他の条件を調整することによって，光Ｂ２が収束した位置に第１のＰＤ５を配置することも可能である。
【００２５】
ハーフミラー膜３を透過した光Ｂ３は，屈折してエタロン４に向けて出射される。半導体ＬＤ１は，レンズ２の焦点に配置されており，この結果，光Ｂ３は平行光となる。エタロン４において所定の特性を得るために，光Ｂ３の平行度は２度以下に調整される。光Ｂ３は，エタロン４を通過した後，第２のＰＤ６に入射される。
【００２６】
レンズ２の焦点距離ｆｌおよび凹面鏡３ｍの焦点距離ｆｍは，ともにレンズ２の曲率Ｒに比例する。例えば，
ｆｌ＝１．５９Ｒ
ｆｍ＝０．６１Ｒ
と表すことができる。各係数１．５９，０．６１は，レンズ２の材料の屈折率から求められる。
【００２７】
上述のように，光Ｂ３に高い平行度を与えるため，半導体ＬＤ１はレンズ２の焦点に配置される。このため，半導体ＬＤ１とレンズ２との距離は，レンズ２の焦点距離ｆｌに一致する。また，上式からｆｌ／ｆｍ≒２．６が得られる。したがって，凹面鏡３ｍと半導体ＬＤ１との距離は，凹面鏡３ｍの焦点距離の約２．６倍となる。
【００２８】
エタロン４，第１のＰＤ４，および第２のＰＤ５等の光が入射される面を有する構成部品は，それぞれの光入射面が光軸に対して若干（３度程度）傾くように位置調整される。これによって，入射面において反射した光がいわゆる迷光となって半導体ＬＤ１に戻ってしまう現象が防止される。この迷光は，半導体ＬＤ１の発振を不安定にする要因の一つである。この他，光Ｂ１が入射されるレンズ２の表面に光反射防止膜（図示せず）を形成することも，迷光の発生を抑える有効な手段である。
【００２９】
レンズ２として，屈折率分布レンズ（セルフォックレンズ）を用いてもよい。この屈折率分布レンズは，ガラス基板にイオン交換を施すことによって形成される。屈折率分布レンズによれば，光Ｂ２を光Ｂ３と同様に平行光に変換することが可能となる。このためには，まず，凹面鏡３ｍによって反射した光Ｂ２が平行光となるようにレンズ２の曲率Ｒが調整される。一般的なレンズの場合，この条件下では，光Ｂ３は拡散してしまう。この点，屈折率分布レンズの場合，一般的なレンズに比べて高い屈折率が得られため，光Ｂ３の平行度についても改善が図られる。
【００３０】
本実施の形態にかかる光波長／パワー測定装置１００によれは，以下の効果が得られる。
【００３１】
レンズ２が，コリメータおよびビームスプリッタとして機能するため，装置全体の規模縮小が図られる。また，コリメート機能とビームスプリット機能がレンズ２およびハーフミラー膜３によって一体化されるため，両者間の位置合わせ（光軸合わせ）にかかる作業が不要となる。
【００３２】
レンズ２が球体であるため，次の更なる効果が得られる。
【００３３】
レンズが半球である場合，このレンズの製造において，曲面を研磨する工程と平面を研磨する工程が別個に必要となる。これに対してレンズ２には平面がなく，研磨工程は球体表面に対するものだけになる。また，半球レンズを装置に組み込む際，半球レンズの反射面の角度（光軸角度）を精密に測定する必要がある。レンズ２によれば，装置の製造工程において最も煩雑なこの光軸角度調整のため作業を省略することが可能となる。
【００３４】
添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが，本発明はかかる実施の形態に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３５】
例えば，図１にはレンズ２が独立した形で示されているが，石英板に他の素子とともにレンズ２を構成することも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，コンパクトな光装置が提供される。しかも，この光装置によれば，内部での光の損失を小さく抑えることが可能となる。また，製造コストの削減も実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる光波長／パワー測定装置の構成図である。
【符号の説明】
１：半導体レーザダイオード
２：レンズ
３：ハーフミラー膜
３ｍ：凹面鏡
４：エタロン
５：第１のフォトダイオード
６：第２のフォトダイオード
１００：光波長／パワー測定装置
【図１】
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