(57)【要約】【課題】  調芯作業にともなう組立て時間の増大等を解決した光合分波器を提供する。【解決手段】  板状のブロック本体５６と、当該ブロック本体５６の片側表面に形成された凸レンズ１〜４と、保持構造５〜９により、各凸レンズ１〜４を通過する光線の光路上であって、レンズアレイ面に保持された光線分岐素子１１〜１４とを有するレンズアレイブロック１０を有する光合分波器とする。【選択図】        図１
2005274700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のブロック本体と、
当該ブロック本体の片側表面に形成された１個又は複数個の凸レンズと、
前記ブロック本体に形成され、前記各凸レンズを通過する光線の光路上かつ前記片側表面と同じ表面側において１個又は複数個の光線分岐素子の位置及び角度を決定する保持構造とが一体形成されたレンズアレイブロックを有することを特徴とする光合分波器。
【請求項２】
請求項１に記載する光合分波器において、
更に、当該光合分波器と光線を受け渡しする受発光手段を位置決めするための受発光手段固定ブロックを、前記レンズアレイブロックにおけるレンズアレイ面とは反対側の面に一体形成したことを特徴とする光合分波器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載する光合分波器において、
前記光線分岐素子は、光線を入反射する面がレンズアレイ面に対して傾斜して、保持されていることを特徴とする光合分波器。
【請求項４】
請求項１又は２に記載する光合分波器において、
前記光線分岐素子は、光線を入反射する面がレンズアレイ面に対して平行に、保持されていることを特徴とする光合分波器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載する光合分波器において、
光線分岐素子からの反射光線が他の光線分岐素子に入射するまでの光路上に、１個又は複数個の反射集光素子が配置されていることを特徴とする光合分波器。
【請求項６】
請求項５に記載する光合分波器において、
前記１個又は複数個の反射集光素子は、前記レンズアレイブロックに対向する反射集光素子アレイブロックとして一体形成されていることを特徴とする光合分波器。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれかに記載する光合分波器において、
前記レンズアレイブロックを２つ有し、当該各レンズアレイブロックにおけるレンズアレイ面を対向させて配置したことを特徴とする光合分波器。
【請求項８】
請求項３に記載する光合分波器において、
前記光線分岐素子を保持する保持構造は、
前記板状のブロック本体のレンズアレイ面に形成され、レンズアレイ方向に垂直な長軸を有する棒状かつ上面がレンズアレイ方向に傾斜した低段部及び高段部からなる階段形状の突起構造であり、前記各凸レンズを挟んで配列されていることを特徴とする光合分波器。
【請求項９】
請求項３に記載する光合分波器において、
前記光線分岐素子を保持する保持構造は、
前記板状のブロック本体のレンズアレイ面に形成され、レンズアレイ方向に沿う低段部及び高段部からなる階段形状の突起構造が、前記ブロック本体におけるレンズアレイ方向に沿った両端部において前記各凸レンズを四方から挟んで形成されており、
前記低段部及び高段部の上面は、レンズアレイ方向に傾斜していることを特徴とする光合分波器。
【請求項１０】
請求項３に記載する光合分波器において、
前記光線分岐素子を保持する保持構造は、
前記板状のブロック本体のレンズアレイ面に形成され、レンズアレイ方向に沿う低段部及び高段部からなる階段形状の突起構造が、前記ブロック本体におけるレンズアレイ方向に沿った両端部において前記各凸レンズを四方から挟んで形成されており、
前記低段部及び高段部の上面は、レンズアレイ方向に傾斜し、かつレンズアレイ方向に沿って長くのびていることを特徴とする光合分波器。
【請求項１１】
請求項３に記載する光合分波器において、
前記光線分岐素子を保持する保持構造は、
前記板状のブロック本体のレンズアレイ面におけるレンズアレイ方向に沿った両端部において、前記各凸レンズに対応して一定間隔で形成された曲面形状の突起構造であり、更に、前記各凸レンズ同士の間に形成され、レンズアレイ方向に垂直な長軸を有する棒状の突起構造を有することを特徴とする光合分波器。
【請求項１２】
請求項３に記載する光合分波器において、
前記レンズアレイブロックは、前記板状のブロック本体におけるレンズアレイ方向に沿って１個又は複数個形成された平面形状が正方形の溝と、当該溝の底面に形成された前記凸レンズと、前記板状のブロック本体のレンズアレイ面から突起し、レンズアレイ方向に垂直な長軸を有し、上面がレンズアレイ方向に傾斜した棒状であり、前記各凸レンズを挟んで配列されている保持構造とを有することを特徴とする光合分波器。
【請求項１３】
請求項２に記載する光合分波器において、
前記受発光手段は、光ファイバであり、
前記受発光手段固定ブロックには、当該光ファイバを位置決め及び固定する、前記レンズアレイ面の反対側の面と垂直な直線状のＶ形状溝が形成されることを特徴とする光合分波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を合分波する光合分波器に関し、例えば、光通信に用いられる光通信用モジュールとして用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、従来の光合分波器の一例の概略構成図である。同図に示すように、従来の光合分波器は、対向して配置される第１のレンズ部材１０と第２のレンズ部材１１とから構成される。
【０００３】
第１のレンズ部材１０は板状透明体であり、当該板状透明体の一方の面には、複数のレンズ面１０１Ａ〜１０４Ａが一列に形成され、第２のレンズ部材１１に対向する面には、レンズ面１０１Ａ〜１０４Ａに１対１に対応して傾斜面１０１Ｂ〜１０４Ｂが一列に形成されている。
【０００４】
第２のレンズ部材１１は板状透明体であり、当該板状透明体の一方の面には、複数のレンズ面１１１Ａ〜１１４Ａが一列に形成され、第１のレンズ部材１０に対抗する面には、レンズ面１１１Ａ〜１１４Ａに１対１に対応して傾斜面１１１Ｂ〜１１４Ｂが一列に形成されている。
【０００５】
第１のレンズ部材１０における傾斜面１０１Ｂには透明なフィルタ膜Ｆが形成され、他の傾斜面１０２Ｂ〜１０４Ｂにはそれぞれ反射膜ＲＦ２〜ＲＦ４が形成されている。また、第２のレンズ部材１１における傾斜面１１１Ｂ〜１１４ＢにはそれぞれフィルタＳＲ１〜ＳＲ４が形成されている。
【０００６】
第１のレンズ部材１０における傾斜面１０１Ｂ〜１０４Ｂの傾斜方向及び、第２のレンズ部材１１における傾斜面１１１Ｂ〜１１４Ｂの傾斜方向は、光合分波器に入射された光信号を、一方のレンズ部材から他方のレンズ部材へ交互に、かつ各傾斜面を順次反射していくように構成されている。
【０００７】
光ポートＰ０から第１のレンズ部材１０に放射した光線を第２のレンズ部材１１において分波して光ポートＰ１〜Ｐ４から出力する場合について説明する。
【０００８】
まず、光ポートＰ０から波長多重光線を第１のレンズ部材１０に入射すると、波長多重光線はレンズ面１０１Ａにより平行光に変換され透明なフィルタ膜Ｆを透過した後、フィルタＳＲ１に入射する。フィルタＳＲ１に入射した波長多重光線は、特定の波長域の光線のみが透過し、それ以外の波長域の光線は反射される。フィルタＳＲ１で反射された光線は反射面ＲＦ２により再反射されフィルタＳＲ２に入射する。
【０００９】
このように、各フィルタＳＲ１〜ＳＲ４に光線が入射した後、特定の波長域の光線のみを透過し、それ以外の波長域の光線を反射するという動作を繰り返すことにより、各フィルタＳＲ１〜ＳＲ４を透過した波長域の光線は、それぞれレンズ面１１１Ａ〜１１４Ａにより再集光され、分波された単色光線がそれぞれ光ポートＰ１〜Ｐ４から出力される。
【００１０】
逆に、光ポートＰ１〜Ｐ４のそれぞれに互いに異なる波長域を有する単色光線を入力することにより、複数の単色光線が合波された波長多重光線が光ポートＰ０から出力される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述する従来の光合分波器にはいくつかの課題がある。
【００１２】
＜レンズ部材に対する光ポートの調芯作業が必要となる＞
従来の光合分波器では、傾斜面１０１Ｂ等、１１１Ｂ等とレンズ面１０１Ａ等、１１１Ａ等が単一のガラス部材の両面に形成されている。このため、レンズ面側にさらに光ポートＰ０等を位置決めするための構造を一体形成するのは困難である。したがって、光ポートをレンズ部材に対して別途位置決めする必要があるため、調芯作業が必要となり、組立て時間が増大するという課題がある。
【００１３】
＜フィルタを貼り付ける傾斜面全面の平滑度が必要となる＞
また、従来の光合分波器では、フィルタＳＲ１等を貼り付けるレンズ部材の傾斜面１１１Ｂ等の表面とフィルタＳＲ１等の表面とが全面で接触している。この接触面は伝播光線の光路に相当するので、高い平滑度および屈折率整合が必要である。したがって、レンズ部材の加工コストが増大するという課題がある。
【００１４】
＜拡散光側がレンズ面なので球面収差が増大する＞
一般的に、点光源からの光線を平行光線にする際は、周辺光線の屈折をできるだけ小さくするようにレンズを配置するのが望ましい。これは、球面収差が増大することを避けるためである。したがって、平凸レンズを用いて球面収差を低減するためには、平行光線側にレンズ曲面を、点光源側にレンズ平面を配置するのが望ましい。しかしながら、従来の光合分波器では光ポート側にレンズ曲面を配置しているため球面収差が増大してしまう。したがって、損失が増大するという課題がある。
【００１５】
＜２つのレンズ部材のレンズ面光軸位置のオフセットが必要となる＞
また、従来の光合分波器では、フィルタＳＲ１等を挟んで一方の媒質が空気、他方の媒質がガラス部材となっている。このため、空気からフィルタを通ってガラス部材に入射する際、あるいはガラス部材からフィルタを通って空気に入射する際に、伝播光線が屈折してしまう。したがって、光軸ずれによる過剰損失を発生させないようにするために、二つのレンズ部材のレンズ面光軸位置をわずかにオフセットさせなければならないので、調芯および組立て時間が増大するという課題がある。
【００１６】
＜レンズ部材の厚みは部材強度と透過損失とにより決定され、光路長が制約される＞
また、従来の光合分波器では、レンズ面１１１Ａ等とフィルタＳＲ１等の間を伝播する光線はガラス部材の内部を透過することになる。このため、伝播損失を低減するためにはレンズ部材の厚みを薄くする必要があるが、過剰に薄くしすぎると、レンズ部材の両面を精密加工する際や、その後の強度を維持することが困難となる。したがって、レンズ部材の厚み設計の自由度が減少し、レンズ面とフィルタ面との光路長が制約されてしまうという課題がある。
【００１７】
本発明は、以上述べたような課題、すなわち（１）光ポートの調芯作業にともなう組立て時間の増大、（２）平滑な傾斜面加工にともなうレンズ部材の加工コストの増大、（３）レンズ面を配置方法にともなう光損失の増大、（４）オフセット作業にともなう組立て時間の増大、（５）光路長の制約などの課題を解決することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
＜第１の発明＞
第１の発明にかかる光合分波器は、
板状のブロック本体と、
当該ブロック本体の片側表面に形成された１個又は複数個の凸レンズと、
前記ブロック本体に形成され、前記各凸レンズを通過する光線の光路上かつ前記片側表面と同じ表面側において１個又は複数個の光線分岐素子の位置及び角度を決定する保持構造とが一体形成されたレンズアレイブロックを有することを特徴とする光合分波器である。
【００１９】
＜構成の補足説明や具体例の説明＞
光合分波器とは、例えば複数本の単色光線を一本の波長多重光線に合成する機能及び、例えば一本の波長多重光線を複数本の単色光線に分岐させる機能を有するデバイスである。また、光線分岐素子とは、入射光線のうち、特定の波長域の光線を透過させ、それ以外の波長域の光線を反射させる素子である。
【００２０】
特定の波長域を固定して利用する場合の光線分岐素子の具体例としては、誘電体多層膜を利用したバンドパスフィルタ、エッジフィルタ、また、波長オーダの微細格子構造が表面に周期的に形成された共振モードフィルタなどが考えられる。
【００２１】
また、透過させる波長域は、外部からの制御により、各光線分岐素子について独立に変化させることも可能であり、その場合は電気光学効果または熱光学効果を利用した波長可変フィルタ、ＭＥＭＳ技術を利用したエタロンフィルタなどが考えられる。
【００２２】
当然、光線分岐素子を透過する波長域が、入射光線の全ての波長域を含んでいる場合も考えられ、その場合は、光線分岐素子は光学的な透過窓に相当する。逆に、入射光線の全ての波長域を透過させない光線分岐素子は、平面状の反射面と同等の機能を有する。
【００２３】
単色光線の波長スペクトル幅は、基本的には光源となるレーザダイオードによって決定されるが、光信号が伝送される途中で波長選択フィルタなどを経る場合には、その波長選択フィルタの透過スペクトルによって修正される。
【００２４】
本発明を光分波器として利用する場合、外部から入力される複数の信号は、一本の波長多重光線として内部に入射され、各光線分岐素子に順次、入反射することで内部を伝播する。この際に、各光線分岐素子を透過した単色光線が、光ファイバあるいはフォトダイオードなどの受光素子に結合し、複数の信号として再び外部に出力される。
【００２５】
一方、本発明を光合波器として利用する場合、外部から入力される複数の信号光は、別々の光ファイバによって伝達されたり、レーザダイオードなどの別々の発光素子によって光電変換されたりして、複数の単色光線として入力される。これらの単色光線は、当該波長域を透過させるように設計された別々の光線分岐素子に入射・透過することで、それぞれ内部に導入され、光線分岐素子や反射面において順次、入反射することで、順次合波されながら内部を伝播する。そして、最終的に一本の波長多重光線に合波された後、光ファイバ等の受光素子に結合し、再び外部に出力される。
【００２６】
一般的には、これらの合分波の過程において、複数の単色光線の波長域はお互いに重ならないように光学系や素子の設計がなされている。また、光線と光ファイバあるいは受発光素子とを効率よく結合させることや、拡散光線をコリメート光線に変換することなどを目的として、受発光点と光線分岐素子とを結ぶ光路上に光学レンズ系などを配置することもある。第１の発明は、光学レンズ系及び光線分岐素子を保持する構造が同一表面に一体化されていることがその特徴である。
【００２７】
＜動作の説明＞
光合分波器の光学系においては、光線分岐素子を配置する位置や角度が設計値からずれると、結合効率の低下や伝播光線の光軸ずれをもたらすという問題がある。特に注意を払う必要があるのは、配置角度のずれ及び、光線分岐素子とレンズとを結ぶ光路長のずれである。
【００２８】
これは、配置角度のずれは、光線分岐素子からの反射光線が別の光線分岐素子に入射する際の光軸ずれを引き起こし、光路長のずれは、光線分岐素子を透過した光線が受光点に結合する際の焦点ずれを引き起こすためである。
【００２９】
第１の発明は、これらの配置角度と光路長を正確かつ簡易に決定するために、レンズおよび光線分岐素子を保持する突起や窪み等の構造が一つのレンズアレイブロックに一体形成されていることが特徴である。さらに、光線分岐素子保持構造とレンズ曲面とがレンズアレイブロックの同一表面に形成されているため、レンズアレイブロックの反対側の表面は一様な平面とすることができる。
【００３０】
したがって、レンズアレイブロックの一様な平面側に、さらに、光ファイバ等の受発光素子を配置・固定するためのブロックを一体形成することも可能である。
【００３１】
なお、レンズアレイブロックの両側の表面のうち、伝播光線が透過する領域には、フレネル損失を抑制するための反射防止膜を形成することが望ましい。また、光線分岐素子保持構造としては、各チャネルの光線分岐素子を独立に固定できる構造が望ましい。これは、光線分岐素子として、サイズと透過スペクトルが規格化された汎用フィルタチップを想定した場合に、それらチップを載せかえるだけで、任意の合分波スペクトルを有する光合分波器が低コストに実現できるためである。
【００３２】
第１の発明が有する効果は以下のとおりである。
＜光線分岐素子とレンズの相対位置と角度を正確かつ簡易に位置決め可能＞
光線分岐素子を精度よく配置・固定するための構造とレンズとを、あらかじめ一つのレンズアレイブロックに一体形成しておくことで、光線分岐素子を押し付け、突き当て、接着するだけで組み立てることができる。すなわち、特別な実装装置やスキルを必要とせずに、光線分岐素子を精度よく配置し、簡易に固定することができる。
【００３３】
さらに、チャネル数分のレンズを別途用意する必要がないので部品点数の削減も可能である。また、全てのレンズが同一材料のレンズアレイブロックとして一体化されているので、全てのレンズの熱膨張係数が同一となり、環境温度の変化に伴う光学特性の劣化も抑制できる。
【００３４】
＜ブロックを成型する際に、微細構造は片面だけなので射出成型が容易＞
金型を用いた射出成型によりレンズアレイブロックを製造する場合、レンズ曲面と光線分岐素子保持構造とを別々の表面に形成する場合には、各表面形状に対応した少なくとも２つの複雑な金型が必要である。これに対して、レンズ曲面および光線分岐素子保持構造などの複雑な微細構造を同一表面に形成する本発明では、複雑な金型を一つとすることができる。したがって、部品製造コストを低減することができる。
【００３５】
＜光線分岐素子保持構造と光線分岐素子とは狭小面となる＞
光線分岐素子の配置角度を決定する構造をレンズアレイブロックに一体形成する際に、光線分岐素子の全表面とレンズアレイブロックの表面とを面接触させると、接触面は伝播光線の光路に相当するため、高い平滑度が必要になる。
【００３６】
これに対して、第１の発明では光線分岐素子を配置するための構造が、レンズアレイブロックのレンズ形成面側に形成されているため、レンズアレイ面に面接触させることはできず、光線分岐素子の表面の一部を支持して配置・固定する必要がある。この場合、支持点は光路に相当しないので平滑度は不要であり、全表面ではなく狭小な支持面を形成すればよいので要求される加工精度も緩和される。これにより部品製造コストを低減することができる。
【００３７】
＜球面収差が小さくなるようなレンズの使用方法が可能＞
一般的に、発光点からの拡散光線をコリメート光線にする際には、周辺光線の屈折をできるだけ小さくするようにレンズを配置しない場合には、球面収差が増大してしまう。したがって、平凸レンズを用いる場合、球面収差を低減するためには、コリメート光線側にレンズ曲面を配置し発光点側にレンズ平面を配置するのが望ましい。第１の発明では、このような光学系を実現することができるため、球面収差および光損失を低減することが可能である。
【００３８】
＜屈折率差によるビームチルトがないので、レンズ光軸のオフセットが不要＞
従来のように、光線分岐素子の両面に接している媒質の屈折率が異なる場合には、伝播光線が光線分岐素子を透過する際に屈折率差が発生し、伝播光線が屈折してしまう。これに対して、第１の発明では、光線分岐素子の両面に接している媒質は同じ、一般的には空気であり、屈折率差がない。このため、伝播光線の光軸のシフトはわずかに発生するものの光軸の屈折はおこらない。
【００３９】
したがって、光合分波器を２つのレンズアレイブロックにより構成する場合には、単色光線を入出力するための第１のレンズアレイブロックのレンズ面の光軸と、波長多重光線を入出力するための第２のレンズアレイブロックのレンズ面の光軸とをオフセットさせなくても光軸ずれによる過剰損失はほとんど発生しない。したがって、調芯および組立て時間を増大させずに組み立て可能である。
【００４０】
＜レンズブロック厚みについても、光路部分だけ薄くすればよい＞
光線がレンズを透過する際の伝播損失を低減するためには、レンズ部材の厚みをできるだけ薄くする必要がある。しかしながら、従来のように、レンズ曲面の反対側が光線分岐素子を保持するための傾斜面になっていると、加工精度、傾斜角度に応じて薄肉化に容易ではない。
【００４１】
これに対して、第１の発明では、レンズ曲面の反対側は一様な平面であるため、薄肉化は比較的容易である。また、光路に相当しない部分を十分厚くしておけば、レンズアレイブロック自体の強度も維持することができる。
【００４２】
＜第２の発明＞
第２の発明にかかる光合分波器は、第１の発明にかかる光合分波器において、
更に、当該光合分波器と光線を受け渡しする受発光手段を位置決めするための受発光手段固定ブロックを、前記レンズアレイブロックにおけるレンズアレイ面とは反対側の面に一体形成したことを特徴とする光合分波器である。
【００４３】
＜構成の補足説明や具体例の説明＞
レンズアレイ面とは、レンズアレイブロックにおける凸レンズが形成された面である。また、受発光手段とは、受光点により光合分波器の内部の伝播光線を受光し、外部へ信号として出力したり、また、発光点により光合分波器の外部からの信号を光線として出射し、内部へ入力したりする手段である。
【００４４】
受発光点の具体例としては、光ファイバや光導波路の先端面などが考えられる。受光点についてはフォトダイオードの受光面、また、発光点についてはレーザダイオードの発光面なども考えられる。さらに、これらの光ファイバ、レーザダイオード、フォトダイオードなどと光学レンズ系とが組み合わせられた部品、すなわち、先球ファイバ、ファイバコリメータ、送信系光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ）、受信系光サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）などの部品を受発光点とみなせる場合も考えられる。
【００４５】
＜動作・背景の説明＞
例えば、受発光点が光ファイバの先端面である場合、レンズに対して光ファイバを配置する位置や角度が設計値からずれると、結合効率の低下や伝播光線の光軸ずれをもたらす。また、光ファイバを設計どおりに配置するための調芯作業に特殊な装置やスキルが必要になると、組立て時間や組立てコストが増大するという問題があり、さらに光合分波器のチャネル数が増加し、光ファイバの本数が増加するにつれてその問題が大きくなってしまう。第２の発明は、このような問題を解決するための受発光手段固定ブロックがレンズアレイブロックに一体化されていることがその特徴である。
【００４６】
第２の発明が有する効果は以下のとおりである。
＜受発光手段の正確な位置決め、簡易な固定、多チャネル化、部品点数削減が可能＞
受発光手段を設計どおりに配置・固定するための、例えば固定溝等を形成した固定ブロックを、あらかじめレンズアレイブロックに一体形成しておくことで、例えば光ファイバを押し付け、突き当て、接着するだけで組立てが完了する。
【００４７】
すなわち、光ファイバをレンズに対して精度よく配置し、特別な調芯装置やスキルを必要とせずに、簡易に固定することができる。この場合、レンズの光学設計に用いられる加工精度と光ファイバの位置決め精度がほぼ同程度で実現できるため、非常に高い精度で光ファイバを配置・固定できる。
【００４８】
また、必要に応じて複数の固定溝を形成しておけば、光ファイバの本数が増大しても組立て時間の増大を抑えることができる。これにより、受発光手段と、レンズと、光線分岐素子との相対的な位置および角度を、受発光手段固定ブロックを有する一つのレンズアレイブロックにより、一括して正確かつ簡易に決めることができるので、光合分波器の組立て時間とコストを大幅に削減できる。
【００４９】
＜第３の発明＞
第３の発明にかかる光合分波器は、第１又は第２の発明にかかる光合分波器において、
前記光線分岐素子は、光線を入反射する面がレンズアレイ面に対して傾斜して、保持されていることを特徴とする光合分波器である。
【００５０】
＜動作・背景の説明＞
第３の発明に係る光合分波器では、光線分岐素子の透過光線と反射光線とを利用して合分波動作を行うため、光線分岐素子に入射（または光線分岐素子を透過）する単色光線の光軸は、光線分岐素子の反射面に対して垂直ではなく、斜めにする必要がある。
【００５１】
したがって、光線分岐素子の光軸と光線分岐素子表面との交点が複数配置されているとみなせる仮想的な平面（以下、フィルタアレイ面と呼ぶ）と、各光線分岐素子反射面とが互いに平行である場合、単色光線の受発光手段の受発光点同士を結ぶ直線（以下、受発光点連結線と呼ぶ）と、フィルタアレイ面とを平行にするためには、受発光手段の受発光面を受発光点連結線と平行にすることができず、斜めに配置しなければならない。したがって、発光点がレーザダイオードなどの場合は、発光点をアレイ状に配置しにくいという問題が発生する。
【００５２】
これに対して、第３の発明では、レンズアレイブロックに形成された光線分岐素子保持構造の形状を工夫し、フィルタアレイ面（レンズアレイ面と平行である。）に対して光線分岐素子の表面が傾斜するように保持することにより、フィルタアレイ面と受発光点連結線とを平行に保ちつつ、受発光点連結線と受発光手段の受発光面とを平行にする光学設計が可能である。
【００５３】
第３の発明が有する効果は以下のとおりである。
＜Ｖ溝、ファイバアレイ、導波路を適用しやすい、また一体形成しやすい＞
複数の受発光手段をアレイ状に配置する場合、受発光点連結線と受発光手段の受発光面とが平行、すなわち、受発光点連結線と受発光手段で受光または出射される光線の光軸とが垂直に交わるため、汎用的な光ファイバアレイ、光ファイバ位置決め用のＶ溝アレイ、アレイ状の光導波路などをそのまま用いることが可能であり、これらの部材の端面を斜めに整形する必要が無い。したがって、部材コストを低減することができる。
【００５４】
とくに、レンズアレイブロックと光ファイバ位置決め用のＶ溝アレイブロックとを一体形成する場合、レンズアレイ面に対してＶ溝を斜めに形成する必要がないので、一体形成部品を高精度かつ低コストに製造することができる。
【００５５】
＜受発光手段の位置決めが容易である＞
また、結合効率向上のための調芯作業時においては、光ファイバや光導波路を配置する位置と角度の両方を微調整する必要はなく、配置角度は垂直に固定して、配置位置のみを微調整するだけでよい。したがって、部材の調芯時間を低減することができる。
【００５６】
特に、アレイ状に配置する発光手段がレーザダイオードである場合、結合効率は発光手段の配置角度および配置位置のずれに敏感であるが、その配置角度の調整を省略する形態が可能であるため、調芯時間低減の効果が大きい。
【００５７】
＜第４の発明＞
第４の発明にかかる光合分波器は、第１又は第２の発明にかかる光合分波器において、
前記光線分岐素子は、光線を入反射する面がレンズアレイ面に対して平行に、保持されていることを特徴とする光合分波器である。
第４の発明によれば、レンズアレイブロックに対向して設置される反射面として、単一の反射面を用いることができる。
【００５８】
＜第５の発明＞
第５の発明にかかる光合分波器は、第１ないし第４のいずれかの発明にかかる光合分波器において、
光線分岐素子からの反射光線が他の光線分岐素子に入射するまでの光路上に、１個又は複数個の反射集光素子が配置されていることを特徴とする光合分波器である。
＜第６の発明＞
第６の発明にかかる光合分波器は、第５の発明にかかる光合分波器において、
前記１個又は複数個の反射集光素子は、前記レンズアレイブロックに対向する反射集光素子アレイブロックとして一体形成されていることを特徴とする光合分波器である。
【００５９】
＜構成の補足説明や具体例の説明＞
反射集光素子とは、入射光線を反射させると共に集光させる素子であり、具体例としては、凹面状の反射面、平凸レンズの平面側の表面に反射面を形成したもの、フレネルレンズの原理を応用したフレネルミラーなどが考えられる。また、反射集光素子アレイブロックには、凸レンズを形成したり、背面に受発光手段を位置決め及び固定するためのＶ溝等を形成したりしてもよい。
【００６０】
光合分波器において、ある光線分岐素子で反射された光線が、別の光線分岐素子に入射する光路を含む光伝播領域（以下、光導波部と呼ぶ）は、自由空間が望ましい。しかしながら、全ての光線分岐素子を同一のフィルタアレイ面に配置するためには、光導波部には光線分岐素子以外の反射面を介在させる必要があり、第５，６の発明は、その反射面の一部が反射集光素子と同等の機能を有している場合に相当する。
【００６１】
＜動作・背景の説明＞
受発光点の直近に配置されるレンズのサイズ、光線分岐素子のサイズ、あるいは、受発光手段の実装形態などの要因により、隣接する単色光線の配置間隔には下限が存在する。したがって、光合分波器のチャネル数を増やしたり、フィルタ特性向上のため光線分岐素子への光線入射角を低減するためには、隣接する光線分岐素子間の光路長や発光点から受光点までの光路長を増加させる必要がある。
【００６２】
しかしながら、光通信で用いられる信号光は一般的にはガウシアンビームであり、光路長が増加するとビームが拡散するため損失が増大する。また、この損失の増大を防ぐために、光合分波器の各チャネルについて受発光点の直近のレンズをそれぞれ光学設計したとしても、レンズから受発光点までの光路長が各チャネルで不均一になるという別の問題が発生する。
【００６３】
これらの問題は、光導波部に光線を集光する機能を有する光学素子を介在させて、各光線分岐素子に入射する光線のビーム径を均一化することで解決可能であり、第５，６の発明では、光導波部に配置された反射集光素子がその機能を有している。
【００６４】
第５，６の発明が有する効果は以下のとおりである。
集光機能を有する光学素子として、光学レンズ系を用いる場合は、ガラスや樹脂などの材質種類に応じた伝播損失が発生するが、反射集光素子を用いると、光線は空気中を伝播するため、伝播損失がほぼ無視できる。したがって、光パワーの損失を大幅に削減することができる。
【００６５】
また、光学レンズ系を用いる場合は、伝播光線の波長域に応じたレンズ媒質を選択する必要があるが、反射集光素子を用いると、光線は媒質表面で反射され媒質中を通過しないため、媒質の屈折率を考慮する必要はなく、任意の媒質を選択して反射集光素子を設計することができる。したがって、適用する材質や表面加工法の選択自由度を大幅に向上させることが可能であり、製造コストの削減や光学性能の向上を実現することができる。
【００６６】
具体的には以下のような効果があげられる。目的の焦点距離を有する光学レンズを製造する場合は、レンズ媒質屈折率、レンズ厚み、レンズの近軸曲率半径の３つの要素を設計し、それぞれの設計値からのばらつきを抑制する必要がある。したがって、レンズの歩留まりを向上させるのが困難となり、製品の焦点距離を測定・評価するのも困難であるため高コスト化の要因となってしまう。
【００６７】
これに対して、反射集光素子、その中でも特に凹面ミラーを用いる場合は、凹面の近軸曲率半径のみを設計し、製造の際も近軸曲率半径のばらつきを抑制するだけでよい。製品の焦点距離についても、凹面を形状測定するだけで評価できる。すなわち、光学レンズよりも反射集光素子を用いた方が、目的の焦点距離を有する光学素子を高精度かつ低コストに実現できる。
【００６８】
さらに、光学レンズ系を用いる場合は、伝播光線が空気中とレンズ媒質の両者を通過するため、その界面でフレネル損失が発生するが、反射集光素子を用いると、光線は媒質界面を通過しないためフレネル損失が発生しない。もちろん、反射集光素子にも反射損失が存在するが、一般的には、反射損失はフレネル損失よりも小さくすることが容易である。
【００６９】
さらに、光学レンズ系では入射面と出射面の両方でフレネル損失が発生するのに対して、反射集光素子では反射面のみで反射損失が発生する。したがって、反射集光素子の方が光学レンズ系よりも光損失を低減することができる。
【００７０】
また、光学レンズ系においてフレネル損失を抑えるためには、多層膜などの高価な反射防止膜が必要である。一方、反射集光素子では、反射膜として利用できる金属の種類も多く、蒸着、スパッタリングなど反射膜の形成法の自由度も大きいため、目的・性能に応じた最適コストの反射膜を形成することができ、製造コストも削減可能である。
【００７１】
＜波長無依存であり、広帯域に対応可能＞
光学レンズ系を用いる場合には、ある曲率半径を有するレンズに対して入射する光線の波長域が広帯域化すると、色収差が増大する。また、１つのレンズ媒質が光線を透過させることのできる波長域も限られている。
【００７２】
これに対して、凹面ミラーなどの反射集光素子を用いると、光線の波長域が広帯域化しても色収差は発生しない。また、反射させることのできる光線の波長域も、金属の反射膜などを用いればレンズに比べて大幅に広帯域化することができる。したがって、０．８〜１．５５μｍなどの広い通信用波長域でも同一の光学系で合分波動作が可能である。
【００７３】
＜チャネル均質性、入射角・フィルタピッチ自由度、多チャネル化＞
隣接する単色光線の配置間隔、すなわち光線分岐素子の配置間隔や、光線分岐素子への光線入射角に応じて、光導波部に配置された反射集光素子を光学設計することで、全ての光線分岐素子に入射する光線のビーム径を同一化できる。
【００７４】
さらに、そのビーム径に対応させて受発光点、その直近のレンズの曲率半径や素子間光路長などを光学設計することにより、全チャネルでの結合効率を向上・均質化することができる。また、この光学設計はチャネル数に依存しないため、光合分波器の多チャネル化についても理論的な制限を取り払うことができる。
【００７５】
これらの光学設計は、光線分岐素子への光線入射角や光線分岐素子の配置間隔に応じて任意に実施可能なので、入射角低減によるフィルタ特性の向上、光線分岐素子の配置間隔の自由度向上も同時に実現可能である。
【００７６】
＜位置ずれを補正することができる＞
光導波部に反射集光素子がない場合、発光点の位置ずれは、光路長が伸びるに従い受光点に入射する光線の光軸ずれの増大をもたらし、損失を増大させる。しかしながら、光導波部の光路上に反射集光素子が配置されているので、発光点の位置ずれは、伝播光線が光導波部の反射集光素子に入反射されるたびに補正される。
【００７７】
したがって、光路長が伸びても受光点に入射する光線の光軸ずれを抑制し、光導波部に反射集光素子がない場合と比較すると、受発光点の位置ずれが多少発生しても損失を実用上問題ない範囲に抑制できる。これにより、損失を低減するための受発光点の調芯時間を削減することができる。
【００７８】
＜第７の発明＞
第７の発明にかかる光合分波器は、第１ないし第４のいずれかの発明にかかる光合分波器において、
前記レンズアレイブロックを２つ有し、当該各レンズアレイブロックにおけるレンズアレイ面を対向させて配置したことを特徴とする光合分波器である。
【００７９】
＜第８の発明＞
第８の発明にかかる光合分波器は、第３の発明にかかる光合分波器において、
前記光線分岐素子を保持する保持構造は、
前記板状のブロック本体のレンズアレイ面に形成され、レンズアレイ方向に垂直な長軸を有する棒状かつ上面がレンズアレイ方向に傾斜した低段部及び高段部からなる階段形状の突起構造であり、前記各凸レンズを挟んで配列されていることを特徴とする光合分波器である。
【００８０】
＜第９の発明＞
第９の発明にかかる光合分波器は、第３の発明にかかる光合分波器において、
前記光線分岐素子を保持する保持構造は、
前記板状のブロック本体のレンズアレイ面に形成され、レンズアレイ方向に沿う低段部及び高段部からなる階段形状の突起構造が、前記ブロック本体におけるレンズアレイ方向に沿った両端部において前記各凸レンズを四方から挟んで形成されており、
前記低段部及び高段部の上面は、レンズアレイ方向に傾斜していることを特徴とする光合分波器である。
【００８１】
＜第１０の発明＞
第１０の発明にかかる光合分波器は、第３の発明にかかる光合分波器において、
前記光線分岐素子を保持する保持構造は、
前記板状のブロック本体のレンズアレイ面に形成され、レンズアレイ方向に沿う低段部及び高段部からなる階段形状の突起構造が、前記ブロック本体におけるレンズアレイ方向に沿った両端部において前記各凸レンズを四方から挟んで形成されており、
前記低段部及び高段部の上面は、レンズアレイ方向に傾斜し、かつレンズアレイ方向に沿って長くのびていることを特徴とする光合分波器である。
【００８２】
＜第１１の発明＞
第１１の発明にかかる光合分波器は、第３の発明にかかる光合分波器において、
前記光線分岐素子を保持する保持構造は、前記板状のブロック本体のレンズアレイ面におけるレンズアレイ方向に沿った両端部において、前記各凸レンズに対応して一定間隔で形成された曲面形状の突起構造であり、更に、前記各凸レンズ同士の間に形成され、レンズアレイ方向に垂直な長軸を有する棒状の突起構造を有することを特徴とする光合分波器である。
【００８３】
＜第１２の発明＞
第１２の発明にかかる光合分波器は、第３の発明にかかる光合分波器において、
前記レンズアレイブロックは、前記板状のブロック本体におけるレンズアレイ方向に沿って１個又は複数個形成された平面形状が正方形の溝と、当該溝の底面に形成された前記凸レンズと、前記板状のブロック本体のレンズアレイ面から突起し、レンズアレイ方向に垂直な長軸を有し、上面がレンズアレイ方向に傾斜した棒状であり、前記各凸レンズを挟んで配列されている保持構造とを有することを特徴とする光合分波器である。
【００８４】
＜第１３の発明＞
第１３の発明にかかる光合分波器は、第２の発明にかかる光合分波器において、
前記受発光手段は、光ファイバであり、
前記受発光手段固定ブロックには、当該光ファイバを位置決め及び固定する、前記レンズアレイ面の反対側の面と垂直な直線状のＶ形状溝が形成されることを特徴とする光合分波器である。
【発明の効果】
【００８５】
以上説明したように、本発明に係る光合分波器によれば、（１）フィルタや光ファイバの組立ておよび調芯時間の削減、（２）レンズ部材の加工コストの低減、（３）光損失の削減、（４）レンズアレイ面と光線分岐素子アレイ面との距離の自由度の向上、（５）結合効率の向上およびチャネル間ばらつきの均質化、（６）適用可能な波長域の拡大、（７）光合分波器の多チャネル化、（８）フィルタ特性の向上、（９）任意の合分波スペクトルを容易に実現可能、（１０）各チャネルの光学素子の隣接配置間隔の自由度の向上、（１１）光線分岐素子や光ファイバの位置決め精度の向上、（１２）反射集光素子による焦点距離精度の向上、（１３）反射集光素子の材質および加工法の選択肢の拡大、（１４）部品点数の削減、（１５）環境温度変化時の特性劣化の抑制などの効果を提供することができる。これらの結果、光合分波器を大幅に低損失化・低コスト化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８６】
以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するが、以下の実施形態は本発明を限定するものではない。
【００８７】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光合分波器の概略構成図である。なお、同図には、光合分波器内部を伝播する光線を概念的に示してある。
【００８８】
図１に示すように、第１の実施形態に係る光合分波器は、波長多重光線を入出力するためのレンズ２０と、特定の波長域を含む光線を透過すると共に特定の波長域以外の光線を反射する光線分岐素子１１〜１４と、光線を反射する反射面２１〜２３と、第１のレンズアレイブロック１０とから構成される。また、光合分波器には、光ファイバ１５〜１９が結合され、波長多重光線又は単色光線が入出力されるようになっている。
【００８９】
第１のレンズアレイブロック１０は、単色光線を入出力するためのレンズ１〜４と、レンズアレイブロック本体から突き出て、光線分岐素子１１〜１４を保持する光線分岐素子保持構造５〜９とから構成され、第一のレンズアレイブロック１０において、レンズ１〜４及び光線分岐素子保持構造１１〜１４は交互に配置されている。すなわち、例えばレンズ１は突起状の光線分岐素子保持構造５と光線分岐素子保持構造６との間に配置され、他のレンズ２〜４についても、それぞれ２つの突起状の光線分岐素子保持構造の間に配置されている。
【００９０】
また、例えば光線分岐素子１１は、突起状の光線分岐素子保持構造５及び光線分岐素子保持構造６の上面において、その両端を保持されており、他の光線分岐素子１２〜１４についても、それぞれ２つの突起状の光線分岐素子保持構造にそれらの両端を保持されている。この結果、レンズ１〜４及びそれらに対応した光線分岐素子１１〜１４が対（図１では４対）となってレンズアレイブロック本体に並べられた構成となっている。レンズ１〜４は光線分岐素子１１〜１４に向かって凸となるレンズである。
【００９１】
光ファイバ１５、レンズ２０及び反射面２１〜２３は、第１のレンズアレイブロック１０に保持された光線分岐素子１１〜１４の側に、光ファイバ１６〜１９は、光線分岐素子１１〜１４が保持された側とは反対側に、設置される。
【００９２】
本実施形態に係る光合分波器を分波器として利用する場合、当該分波器の動作原理は、以下のとおりである。光合分波器の外部から光ファイバ１５を伝播してきた波長多重光線は、光合分波器の内部に導かれ、やや拡散した波長多重光線としてレンズ２０に入射する。当該波長多重光線は、レンズ２０においてコリメート化された後、光線分岐素子１１に入射する。
【００９３】
光線分岐素子１１に入射した波長多重光線は、光線分岐素子１１において特定の波長域を含む光線が透過され、単色光線となりレンズ１に入射した後、レンズ１において集光され、光ファイバ１６に結合して、光合分波器の外部へ出力される。
【００９４】
特定の波長域以外の光線からなる波長多重光線は、光線分岐素子１１において透過されずに反射され、反射面２１に伝播される。反射面２１に伝播された波長多重光線は、反射面２１において反射され、光線分岐素子１２に入射する。
【００９５】
光線分岐素子１２に入射した波長多重光線は、光線分岐素子１２において特定の波長域を含む光線が透過され、単色光線となりレンズ２に入射した後、レンズ２において集光され、光ファイバ１７に結合して、光合分波器の外部へ出力される。
【００９６】
以上の過程を繰り返すことで、光ファイバ１５から入射された波長多重光線を、分波された複数の単色光線として、光ファイバ１６〜１９から取り出すことができる。
【００９７】
また、本実施形態に係る光合分波器を合波器として利用する場合は、上述する分波動作における波長多重光線及び単色光線の進行方向を逆向きにした場合に相当する。すなわち、光合分波器の外部から、光ファイバ１６〜１９にそれぞれ単色光線を入力することで、当該複数の単色光線を、合波された波長多重光線として光ファイバ１５から取り出すことができる。
【００９８】
反射面２１〜２３と光線分岐素子１１〜１４との間を伝播する光線の光路については、反射面と光線分岐素子との間の光路長、隣接する光線分岐素子の間隔、光線分岐素子への光線入射角の３つの要素のうち、２つの要素を固定することで一意に決定できる。したがって、一般的には光路長を短くして、光線分岐素子への光線入射角を小さくするのが望ましいが、これらの設計は、光線分岐素子１１〜１４やレンズ１〜４の大きさにより制約される。
【００９９】
各チャネルの光ファイバ１６〜１９は、それぞれ隣接する光ファイバの端面（光ファイバ軸と垂直に切断して形成された面、以下同じ。）同士を結ぶ直線と、各光ファイバの端面を通過する光線の光軸とが、直交するように配置され、各チャネルにおいて、レンズ１〜４と、対応する光ファイバ１６〜１９の端面との間の光路長が一致している。
【０１００】
したがって、コリメート光の伝播光路が最短光路長となる光ファイバ１６であっても、また、最長光路長となる光ファイバ１９であっても、できるだけ高い結合効率が得られるように、コリメート光のビーム径などを光学設計する必要がある。
【０１０１】
光ファイバ１６〜１９の端面とレンズ１〜４との間は、収束光（分波器の場合）あるいは拡散光（合波器の場合）が伝播することになるので、設計どおりのビームを伝播させるためには、光ファイバとレンズとの相対的な位置と角度を精密に決定する必要がある。したがって、光ファイバ１６〜１９を簡易かつ正確に固定するための構造をレンズアレイブロック１０に一体形成することが望ましい（図１２において詳細に説明する。）。
【０１０２】
本実施形態では、単色光線を入出力するための光ファイバ１６〜１９と、レンズ１〜４と、光線分岐素子１１〜１４とがそれぞれ１つの直線上に配置されているため、それぞれの光学素子をアレイ状に一括配置することができ、各光学素子を容易に配置・形成・固定することができる。
【０１０３】
なお、本実施形態では、光線分岐素子の数を４枚、レンズの数を５個、反射面の数を３枚、光ファイバの数を５本として説明したが、本発明はこれらの数に限定されない。また、波長多重光線及び単色光線の受発光点としては、光ファイバに限定されず、一部又は全部の受発光点がレーザダイオードやフォトダイオードなどの受発光素子であってもよい。さらに、１つの光合分波器に、発光点と受光点とがそれぞれ複数個存在する構成としてもよい。
【０１０４】
図２は、第１の実施形態に係る光合分波器の概略構成図であり、同形状のレンズアレイブロックを２つ用いて構成した例を示してある。なお、同図には、光合分波器内部を伝播する光線を概念的に示してある。図２に示すように、第１のレンズアレイブロック１０と第２のレンズアレイブロック２７は、同一の金型を用いて射出成型により製造されており、同一の形状となっている。
【０１０５】
第１のレンズアレイブロック１０には、その保持構造に光線分岐素子１１〜１４が保持され、第２のレンズアレイブロック２７には、その保持構造に反射面２１〜２３が保持されている。各ブロック１０，２７を、光線分岐素子又は反射面を保持させた面が対向するように配置し、更に各ブロック１０，２７の相対的位置を調整することにより、同一形状の部材からなるブロックを用いて光合分波器を構成することができる。
【０１０６】
レンズの光学設計を最適化することにより、第２のレンズアレイブロック２７は第１のレンズアレイブロック１０と同一形状の部材を用いることができ、光線分岐素子のかわりに反射面２１〜２３を配置して、対向させることで光合分波器が構成できる。したがって、反射面の位置決めも正確・簡易に実施できるため組立て時間を短縮できる。ここで、レンズの光学設計を最適化する理由は、例えば、図１に示すレンズ２０はレンズ４と同一の曲率半径のレンズである必要はないが、図２に示すレンズ２０はレンズ４と同一の曲率半径としなければ両ブロック１０，２７を同一形状の部材とすることはできず、このような制約のもとで最適化が必要であるからである。
【０１０７】
また、図２に示す光合分波器では、光線分岐素子１１〜１４だけでなく反射面２１〜２３の位置決めも正確・簡易に実施できるため、更に組立て時間を短縮することができる。なお、更にブロック１０と２７とを一体として成型することにより、合体したブロックとして成型した後は、各ブロック同士の相対的位置についても調整する必要がなくなり、更に組立て時間を短縮することができる。
【０１０８】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態に係る光合分波器の概略構成図であり、第１の実施形態の応用例である。なお、同図には、光合分波器内部を伝播する光線を概念的に示してある。
【０１０９】
図３に示すように、第２の実施形態では、第１の実施形態における反射面２１〜２３の代わりに、反射集光素子である凹面ミラー２４〜２６を用いている。その他の部材については、第１の実施形態と同様である。
【０１１０】
光合分波器のチャネル数を増加させるためには、隣接する光線分岐素子間の光路長を増加させる必要がある。また、隣接チャネル間ピッチを小さくすることができない場合、フィルタ特性の向上を目的として光線分岐素子への光線入射角を小さくしたりするためにも、隣接する光線分岐素子間の光路長を増加させる必要がある。しかしながら、光路長が増加すると光線が拡散するため損失が増大する。
【０１１１】
これに対して、第２の実施形態では、凹面ミラー２４〜２６を適用して、ミラーの曲率半径を最適化することにより、各光線分岐素子１１〜１４に入射する光線のビーム径を均一化し、損失の増大を抑制することが可能となっている。
【０１１２】
図４は、第２の実施形態に係る光合分波器の概略構成図であり、複数の凹面ミラーを一体化する反射集光素子アレイブロックを用いて構成した例を示してある。なお、同図には、光合分波器内部を伝播する光線を概念的に示してある。
【０１１３】
反射集光素子アレイブロック５５には、凹面ミラー２４〜２６および波長多重光線を入出力するためのレンズ２０が一列に配置されて、一体形成されている。したがって、第１のレンズアレイブロック１０に対する反射集光素子アレイブロック５５の相対的位置を調整することにより、凹面ミラー２４〜２６およびレンズ２０の位置を一括して正確に決定できるので、組立て時間を短縮でき、部品点数も削減することができる。
【０１１４】
なお、更にブロック１０と５５とを一体として成型することにより、合体したブロックとして成型した後は、各ブロック同士の相対的位置についても調整する必要がなくなり、更に組立て時間を短縮することができる。
【０１１５】
＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態に係る光合分波器の概略構成図であり、第１の実施形態の応用例である。なお、同図には、光合分波器内部を伝播する光線を概念的に示してある。
【０１１６】
図５に示すように、第３の実施形態では、第１の実施形態における反射面２１〜２３の代わりに、これらの反射面を一枚に一体化した反射面２８を用いている。また、第１のレンズアレイブロック１０には、レンズ１〜４と共に、波長多重光線を入出力するためのレンズ２０が一列に並んで形成されている。
【０１１７】
光線分岐素子１１〜１４は、その光入射・反射面が第１のレンズアレイブロック１０におけるレンズ１〜４及び２０が一列に並んだ面と平行になるように、光線分岐素子保持構造５〜９に保持される。更に、一体化した反射面２８は、第１のレンズアレイブロック１０に保持された光線分岐素子１１〜１４の側において、その光線を反射する面が光線分岐素子１１〜１４の光入射・反射面と平行になるように設置される。
【０１１８】
波長多重光線を入出力する光ファイバ１５は、単色光線を入出力する光ファイバ１６〜１９と共に、第１のレンズアレイブロック１０を挟んで反射面２８とは反対側に設置される。
【０１１９】
各光ファイバ１５〜１９における受発光点（端面における光線を受光・発光する点）を連結した線は、フィルタアレイ面及び光線分岐素子１１〜１４の反射面と平行である一方、光ファイバ１５〜１９の受発光面（端面）とは平行ではない。すなわち、光ファイバ１５〜１９は、その受発光面がフィルタアレイ面に対して斜めとなるように配置されている。
【０１２０】
光線分岐素子１１〜１４がレンズアレイ面又はフィルタアレイ面と平行である（傾斜していない）ため、反射面として単一の平板２８を用いることができる。
【０１２１】
本実施形態に係る光合分波器では、すべての光ファイバ１５〜１９を光合分波器の一方の面に配置しているので、光合分波器をパッケージの隅などに実装する場合に適している。
【０１２２】
＜第４の実施形態＞
図６は、本発明の第４の実施形態に係る光合分波器の概略構成図であり、第３の実施形態の応用例である。なお、同図には、光合分波器内部を伝播する光線を概念的に示してある。
【０１２３】
図６に示すように、第４の実施形態に係る光合分波器では、第１のレンズアレイブロック１０と共に、第３の実施形態における反射面２８の代わりに、ブロック１０とほぼ同様の構成を有する第２のレンズアレイブロック２７を用いている。さらに、ブロック２７側にも光ファイバ３３〜３６を結合している。
【０１２４】
第２のレンズアレイブロック２７は、単色光線を入出力するレンズ６１〜６４と、突起状の光線分岐素子保持構造に保持された光線分岐素子２９〜３２を有する。第２のレンズアレイブロック２７にはレンズ２０が設けられていないが、これは、本実施形態においてブロック１０側から波長多重光線を入出力しているためである。なお、ブロック２７をブロック１０と同様の金型で製造するために、ブロック２７にもレンズ２０を設ける構成としてもよい。この場合、ブロック２７に設けたレンズ２０を使用しなくてもよいし、ブロック２７側から波長多重光線を入出力するようにしてレンズを使用してもよい。
【０１２５】
本実施形態にかかる光合分波器のように、反射面２８の代わりに、光線分岐素子２９〜３２とレンズ６１〜６４とを保持して構成されるレンズアレイブロック２７を設置して、更に光ファイバ３３〜３６を配置することで、光合分波器のチャネル数を２倍に増加させることができる。
【０１２６】
＜第５の実施形態＞
図７は、本発明の第５の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロックの斜視概略構造図であり、第１及び第２の実施形態におけるレンズアレイブロックとして適用することができる。
【０１２７】
図７に示すように、第５の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロック１０は、板状のブロック本体５６と、ブロック本体５６の片面に一定の間隔をもって形成された突起状の光線分岐素子保持構造５〜９と、一定間隔を有して隣接する光線分岐素子保持構造同士の間にそれぞれ設けられた凸面のレンズ１〜４とからなる。
【０１２８】
光線分岐素子保持構造５〜９は、それぞれレンズアレイ方向とは垂直な長軸を有する棒状かつ２段の階段形状であり、当該階段形状は低い段（低段部）のテラス面６ａ〜９ａと高い段（高段部）のテラス面５ｂ〜９ｂとからなる。また、レンズアレイ方向に沿って、低い段のテラス面と高い段のテラス面とが交互となるように光線分岐素子保持構造５〜９は形成されている。
【０１２９】
各光線分岐素子は、各レンズ１〜４を覆うように、隣接する高い段のテラス面と低い段のテラス面とにその両端を保持されて設置される。すなわち、高い段のテラス面５ｂと低い段のテラス面６ａ、同様にテラス面６ｂと７ａ、テラス面７ｂと８ａ、テラス面８ｂと９ａに各光線分岐素子の両端が保持される。
【０１３０】
このように、一定間隔を有して設置された高い段のテラス面と低い段のテラス面とに亘って光線分岐素子が設置されるため、各光線分岐素子は板状のブロック本体５６に対して傾斜して設置されることになる。また、各テラス面は当該光線分岐素子を面で保持するために、光線分岐素子の傾斜角と同じ角を有する傾斜面となっている。このように、本実施形態では、各テラス面により各光線分岐素子の位置および角度を決定・固定する。
【０１３１】
なお、光線分岐素子保持構造５は低い段のテラス面を有さない。また、光線分岐素子保持構造９の高い段のテラス面９ｂには、光線分岐素子は保持されない。
【０１３２】
本実施形態では、隣接するレンズ間に各光線分岐素子保持構造を形成しているので、レンズ径よりわずかに大きな光線分岐素子を用意すればよい。したがって光線分岐素子の面積を小さくすることができ、製造コストを抑えることができる。
【０１３３】
＜第６の実施形態＞
図８は、本発明の第６の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロックの斜視概略構造図であり、第５の実施形態の応用例である。また、第１及び第２の実施形態におけるレンズアレイブロックとして適用することができる。
【０１３４】
図８に示すように、第６の実施形態に係るレンズアレイブロック１０は、第５の実施形態における棒状の光線分岐素子保持構造について、棒状の中央部分をなくした形状としている。すなわち、隣接するレンズのレンズ頂面同士を結ぶ線に垂直な垂直二分線（二等分線に限定されない）上であって、ブロック本体５６の両端部に位置する部分に光線分岐素子保持構造５〜９をそれぞれ２つずつ形成している。
【０１３５】
なお、光線分岐素子保持構造５，９の形成位置については、それぞれ、レンズ１を挟んでレンズ２の反対側に、または、レンズ４を挟んでレンズ３とは反対側にレンズがあると仮定して、上記説明にしたがう。光線分岐素子保持構造５〜９の形状については、２段の階段形状であること、低高段のテラス面が傾斜していること等、第５の実施形態における説明と同じである。
【０１３６】
第６の実施形態に係るレンズアレイブロックでは、隣接するレンズ間に光線分岐素子保持構造５〜９が障壁として存在しないこと及び、隣接する光線分岐素子保持構造が所定の間隔を有していることにより、レンズ１〜４の有効面積を大きくしたり、もしくは、隣接するレンズの配置間隔を狭くしたりすることができる。
【０１３７】
＜第７の実施形態＞
図９は、本発明の第７の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロックの斜視概略構造図であり、第６の実施形態の応用例である。また、第１及び第２の実施形態におけるレンズアレイブロックとして適用することができる。
【０１３８】
図９に示すように、第７の実施形態に係るレンズアレイブロック１０は、第６の実施形態における光線分岐素子保持構造について、各光線分岐素子保持構造を構成するテラス面６ａ〜９ａ、５ｂ〜９ｂをレンズアレイ方向に長くした形状としている。光線分岐素子保持構造５〜９の形状については、２段の階段形状であること、低高段のテラス面が傾斜していること等、第５の実施形態における説明と同じである。
【０１３９】
第７の実施形態に係るレンズアレイブロックでは、隣接するレンズ間に光線分岐素子保持構造５〜９が障壁として存在しないため、レンズ１〜４の有効面積を大きくしたり、もしくは、隣接するレンズの配置間隔を狭くしたりすることができる。更に、金型を利用した射出成型によりレンズアレイブロック１０を製造する場合、テラス面６ａ〜９ａ、５ｂ〜９ｂの面積を大きくしているため、光線分岐素子保持構造５〜９を容易に形成することができる。
【０１４０】
＜第８の実施形態＞
図１０は、本発明の第８の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロックの斜視概略構造図であり、第１及び第２の実施形態におけるレンズアレイブロックとして適用することができる。
【０１４１】
図１０に示すように、第８の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロック１０は、板状のブロック本体５６と、ブロック本体５６の片面に一定の間隔をもって形成された凸面のレンズ１〜４と、隣接するレンズの間にそれぞれ設けられた突起状の光線分岐素子滑り止め構造４１〜４４と、各光線分岐素子滑り止め構造４１〜４４に対応して一定の間隔をもって形成されたバンプ形状（４分の１球状）の光線分岐素子保持構造３７〜４０とからなる。なお、バンプ形状としては、例えば２分の１球状でもよく、曲面形状を有する構造であればよい。
【０１４２】
突起状の光線分岐素子滑り止め構造４１〜４４は、それぞれレンズアレイ方向とは垂直な長軸を有する棒状の形状を有する。また、光線分岐素子保持構造３７〜４０は、隣接するレンズのレンズ頂面同士を結ぶ線に垂直な垂直二分線（二等分線に限定されない）上であって、ブロック本体５６の両端部に位置する部分にそれぞれ２つずつ形成されている。
【０１４３】
なお、光線分岐素子滑り止め構造４４の形成位置については、レンズ４を挟んでレンズ３とは反対側にレンズがあると仮定して、上記説明にしたがう。また、光線分岐素子保持構造３７の形成位置については、レンズ１を挟んでレンズ２の反対側にレンズがあると仮定して、上記説明にしたがう。
【０１４４】
図１０は、レンズと光線分岐素子滑り止め構造と光線分岐素子保持構造とから構成されるユニット（例えば、レンズ１と滑り止め構造４１と保持構造３７）が、ブロック本体５６上に４つのユニット分形成された構造となっている。
【０１４５】
各光線分岐素子は、各レンズ１〜４を覆うように、対応する光線分岐素子滑り止め構造と光線分岐素子保持構造とにその両端を保持されて設置される。すなわち、滑り止め構造４１と保持構造３７、同様に構造４２と３８、構造４３と３９、構造４４と４０に各光線分岐素子の両端が保持される。
【０１４６】
光線分岐素子の一端は、一対となって形成された光線分岐素子保持構造（例えば３７）のほぼ頂上面において２点で支えられ、他端は、対応する光線分岐素子滑り止め構造（例えば４１）とレンズ（例えば１）との間におけるブロック本体５６の表面に線で接触すると共に対応する光線分岐素子滑り止め構造（例えば４１）により隣接するレンズ（例えば２）方向へ滑らないように支えられている。
【０１４７】
このように、一定間隔を有して設置された光線分岐素子保持構造と光線分岐素子滑り止め構造とに亘って光線分岐素子が設置されるため、各光線分岐素子は板状のブロック本体５６に対して傾斜して設置されることになる。本実施形態では、バンプ状の光線分岐素子保持構造の半径および保持構造と光線分岐素子滑り止め構造との間隔により、光線分岐素子の位置および傾斜角を調整する。
【０１４８】
本実施形態では、光線分岐素子保持構造３７〜４０をバンプ状としているため、階段形状の構造よりも形成しやすく、レンズアレイブロックの製造コストを低減することができる。さらに、光線分岐素子の傾斜角をバンプの半径で調整・決定することができるので、傾斜角の精度を向上させることができる。
【０１４９】
＜第９の実施形態＞
図１１は、本発明の第９の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロックの斜視概略構造図であり、第１及び第２の実施形態におけるレンズアレイブロックとして適用することができる。
【０１５０】
図１１に示すように、第９の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロック１０は、板状のブロック本体５６と、ブロック本体５６の片面に一定の間隔をもって形成された突起状の光線分岐素子保持構造５〜９と、一定間隔を有して隣接する光線分岐素子保持構造同士の間にそれぞれ設けられた浅い溝構造５１〜５４と、当該溝構造５１〜５４の底面に形成された凸面のレンズ１〜４とからなる。
【０１５１】
溝構造５１〜５４は、平面形状についてはほぼ正方形であり、深さについては溝底面に形成される凸面レンズ１〜４の頂面がブロック本体５６の表面よりも高く突き出ないような深さとなっている。また、突起状の光線分岐素子保持構造５〜９は、それぞれレンズアレイ方向とは垂直な長軸を有する棒状の形状となっており、その上面はレンズアレイ方向に傾斜する面となっている。
【０１５２】
各光線分岐素子は、溝構造５１〜５４内に形成された各レンズ１〜４を覆うように、隣接する光線分岐素子保持構造にその両端を保持されて設置される。すなわち、光線分岐素子保持構造５と６、同様に構造６と７、構造７と８、構造８と９に各光線分岐素子の両端が保持される。
【０１５３】
光線分岐素子の一端は、光線分岐素子保持構造（例えば５）の上面において面で支えられ、他端は、隣接する光線分岐素子保持構造（例えば６）における当該光線分岐素子が覆うレンズ（例えば１）側の側面及びブロック本体１０の表面に線で接触すると共に、隣接する光線分岐素子保持構造（例えば６）により隣接するレンズ（例えば２）方向へ滑らないように支えられている。なお、光線分岐素子保持構造９の上面には、光線分岐素子は保持されない。
【０１５４】
このように、各光線分岐素子は、それぞれ、光線分岐素子保持構造の上面と隣接する保持構造の側面（及びブロック本体表面）とに亘って設置されるため、板状のブロック本体５６に対して傾斜して設置されることになる。また、各光線分岐素子保持構造の上面は当該光線分岐素子を面で保持するために、光線分岐素子の傾斜角と同じ角を有する傾斜面となっている。
【０１５５】
本実施形態では、隣接するレンズ間に各光線分岐素子保持構造を形成しているので、レンズ径よりわずかに大きな光線分岐素子を用意すればよい。したがって光線分岐素子の面積を小さくすることができ、製造コストを抑えることができる。さらに、溝構造の内部に形成されたレンズと光線分岐素子とは干渉しないため、光線分岐素子の傾斜角を小さくすることができる。
【０１５６】
＜第１０の実施形態＞
図１２は、本発明の第１０の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロックの斜視概略外観図であり、第１及び第２の実施形態におけるレンズアレイブロックとして適用することができる。
【０１５７】
図１２に示すように、第１０の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロック４９は、第６の実施形態で説明したレンズアレイブロック１０（図８を参照）の部分と、光ファイバを固定するブロック５７の部分とからなる。これら２つのブロック１０，５７は、光ファイバを固定するブロック５７がレンズアレイブロック１０におけるレンズ１〜４が形成される面の裏面側に位置するように、一体形成されている。
【０１５８】
光ファイバを固定するブロック５７には、その表面に光ファイバを固定するためのＶ溝４５〜４８が形成され、Ｖ溝４５〜４８は、レンズアレイブロック１０に形成された各レンズ１〜４に向かって直線状に形成されている。
【０１５９】
本実施形態にかかるレンズアレイブロック４９によれば、光線分岐素子、レンズ１〜４、光ファイバ（受発光点）の相対的な位置と角度を一括して決定・固定することができるため、光合分波器の組立て時間を大幅に削減することが可能である。
【０１６０】
なお、Ｖ溝４５〜４８を形成する際には、その直線軸がレンズアレイ面と垂直になるように（ブロック１０の本体表面と垂直になるように）形成する場合に最も容易に形成することができるが、場合に応じてレンズアレイ面に対して斜めに形成してもよく、更にその傾斜角が複数の角度となるように形成してもよい。
【０１６１】
また、Ｖ溝４５〜４８を比較的深く形成することで、光ファイバだけでなく、円筒状の筐体に実装された送信用または受信用光サブアセンブリを精度よく簡易に位置決め・固定することもできる。溝形状については、Ｖ溝に限られず、Ｕ溝や凹溝などの形状であってもよい。
【０１６２】
以上、各実施形態で説明してきたレンズ、光線分岐素子保持構造、Ｖ溝などを形成する方法としては、基板を直接、目的の形状に削りだす切削加工や、目的の形状の鋳型を切削した後、当該鋳型に樹脂などを流し込み加熱・成型を行う射出成型などが考えられるが、同一のレンズアレイブロックを大量に製造する場合には、射出成型法が適している。
【０１６３】
本発明は、上述するように光合分波器に適用した場合を説明したが、入射光線のうち特定の光量の光線を透過させ、残りの光量の光線を反射させる機能を有する光線分岐素子を利用したデバイス、すなわち、光カプラまたは光分配器等に本発明を適用した場合にも、光合分波器における効果とほぼ同様の効果を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】第１の実施形態に係る光合分波器の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る光合分波器の概略構成図であり、同形状のレンズアレイブロックを２つ用いて構成した例である。
【図３】第２の実施形態に係る光合分波器の概略構成図であり、第１の実施形態の応用例である。
【図４】第２の実施形態に係る光合分波器の概略構成図であり、複数の凹面ミラーを一体化する反射集光素子アレイブロックを用いて構成した例である。
【図５】第３の実施形態に係る光合分波器の概略構成図であり、第１の実施形態の応用例である。
【図６】第４の実施形態に係る光合分波器の概略構成図であり、第３の実施形態の応用例である。
【図７】第５の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロックの斜視概略構造図である。
【図８】第６の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロックの斜視概略構造図である。
【図９】第７の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロックの斜視概略構造図である。
【図１０】第８の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロックの斜視概略構造図である。
【図１１】第９の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロックの斜視概略構造図である。
【図１２】第１０の実施形態に係る光合分波器のレンズアレイブロックの斜視概略外観図である。
【図１３】従来の光合分波器の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１６５】
１〜４  単色光線を入出力するためのレンズ
５〜９  光線分岐素子保持構造
６ａ〜９ａ  低段のテラス面
５ｂ〜９ｂ  高段のテラス面
１０  第１のレンズアレイブロック
１１〜１４  光線分岐素子
１５〜１９  光ファイバ
２０  波長多重光線を入出力するためのレンズ
２１〜２３  反射面
２４〜２６  反射集光素子である凹面ミラー
２７  第２のレンズアレイブロック
２８  反射面
２９〜３２  光線分岐素子
３３〜３６  光ファイバ
３７〜４０  バンプ形状の光線分岐素子保持構造
４１〜４４  光線分岐素子滑り止め構造
４５〜４８  光ファイバ固定用のＶ溝
４９  光ファイバ固定用ブロックが一体化されたレンズアレイブロック
５１〜５４  溝構造
５５  反射集光素子アレイブロック
５６  ブロック本体
５７  光ファイバを固定するブロック
６１〜６４  単色光線を入出力するためのレンズ
【図１】
2005274700.tif 000003
【図２】
2005274700.tif 000004
【図３】
2005274700.tif 000005
【図４】
2005274700.tif 000006
【図５】
2005274700.tif 000007
【図６】
2005274700.tif 000008
【図７】
2005274700.tif 000009
【図８】
2005274700.tif 000010
【図９】
2005274700.tif 000011
【図１０】
2005274700.tif 000012
【図１１】
2005274700.tif 000013
【図１２】
2005274700.tif 000014
【図１３】
2005274700.tif 000015