(57)【要約】【課題】良好な光学特性を維持しつつ、更なる部品点数の削減、小型化、低コスト化および量産性の向上を実現することができる光学素子を提供する。【解決手段】空洞部６が光路中に形成され、空洞部６の内面に光の進行方向に対して所定の傾斜角度をなす傾斜面６ｃが形成された光学ブロック２を備え、少なくとも、空洞部６の内面ならびに光学ブロック２の光の入射および／または出射端における外部との界面に、同一構造の多層膜１２が形成され、空洞部６の内面における傾斜面６ｃに形成された多層膜１２が、使用する光に対して少なくとも波長選択機能を有し、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２が、使用する光に対して反射防止機能を有する。【選択図】図１
2007164179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の波長を選択して光を反射または透過させる波長選択機能を有する光学素子において、
開口を有する空洞部が光路中に形成され、前記空洞部の内面に光の進行方向に対して所定の傾斜角度をなす傾斜面が形成された光学ブロックを備え、
少なくとも、前記空洞部の内面ならびに前記光学ブロックの光の入射および／または出射端における外部との界面に、同一構造の多層膜が形成され、
前記空洞部の内面における前記傾斜面に形成された前記多層膜が、使用する光に対して前記波長選択機能を有し、
前記傾斜面以外に形成された前記多層膜が、使用する光に対して反射防止機能を有することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記多層膜が、次の（１）および（２）に示す各条件式、
［傾斜面以外に形成された多層膜の場合］
λ１＜λ２＜λＴ５０％＜λ０              （１）
［傾斜面に形成された多層膜の場合］
λ１＜λＴＰ５０％かつλＴＳ５０％＜λ２＜λ０    （２）
但し、
λ１：使用する第１の光の中心波長
λ２：使用する第２の光の中心波長
λＴ５０％：多層膜における無偏光の光の透過率が５０％となる波長
λ０：反射帯中心波長
λＴＰ５０％：多層膜におけるＰ偏光の透過率が５０％となる波長
λＴＳ５０％：多層膜におけるＳ偏光の透過率が５０％となる波長
を満足するショートウェイブパスフィルタであることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記空洞部が、前記光学ブロックに複数形成されていること
を特徴とする請求項１または２記載の光学素子。
【請求項４】
前記光学ブロックの光の入射および／または出射端に、前記光学ブロックと同一の材料からなるレンズが前記光学ブロックと一体に形成されていること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の光学素子。
【請求項５】
前記光学ブロックの光の入射および／または出射端が、前記光学ブロックに複数形成され、各入射および／または出射端に、光電変換素子が保持される第１の保持部または光伝送路の端部が保持される第２の保持部が、前記光学ブロックと同一の材料によって前記光学ブロックと一体に形成されていること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光学素子。
【請求項６】
前記光学ブロックの全面に、前記多層膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子に係り、特に、光情報の送受信を行うのに好適な光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光の波長を選択して光を反射または透過させる波長選択性を有する光学素子として、使用する光の波長に応じて光を反射または透過させる光学フィルタを備えた光学素子が知られている。
【０００３】
このような光学素子は、光ファイバ通信システムにおける一心双方向の伝送システムに搭載される光分波または光合波用の波長多重送受信モジュール等に用いられている。
【０００４】
このような光学素子に関連する発明としては、例えば、特許文献１および特許文献２に記載の発明がある。
【０００５】
これらの文献には、部品点数の削減、調芯工程の削減、組み立て容易化、小型化および低コスト化等の効果を奏することができる発明が開示されている。
【０００６】
また、従来、前述した光学フィルタは、基板上に誘電体の多層膜を成膜することによって得られていた。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３５４７５２号公報
【特許文献２】特開２００５−８４１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、近年の光ファイバ通信技術の普及や需要増にともない、光情報の送受信を行う光学素子に対して、部品点数の削減、小型化、低コスト化および量産性の向上の要求が更に強まっている。
【０００９】
しかし、特許文献１および特許文献２に記載の発明においては、光学フィルタと、この光学フィルタが保持される光学ブロック（筐体等）とを個別に製造した上で、さらに、光学ブロックの所定の位置に光学フィルタを設置する煩雑な作業を要していたため、量産性に問題があった。
【００１０】
仮に、光学ブロックの表面に成膜法を用いて多層膜からなる光学フィルタを形成する場合には、光学フィルタを設置する作業を省くことはできるものの、光学ブロックにおける光学フィルタが成膜される面以外の面にも多層膜が成膜されることで、光学素子の光学特性を損ねてしまう虞があった。
【００１１】
例えば、光の入射端あるいは出射端にレンズ面を備えた光学ブロックにおいて、レンズ面上に多層膜が成膜される場合には、多層膜の特性如何によっては、レンズ面に対する光の入射あるいはレンズ面からの光の出射が阻害される虞があった。
【００１２】
また、光学フィルタを設置する作業を簡便かつ適切に行うには、光学ブロックにおける光学フィルタの設置位置がある程度の大きさを有することを余儀なくされていたため、従来以上の小型化は困難となっていた。
【００１３】
さらに、従来から、光学素子の光学特性を向上させる観点から、光学ブロックに反射防止膜を成膜することが行われていたが、このような反射防止膜を成膜する場合には、部品点数がさらに多くなるととともに、コストが上昇し、量産化への対応がさらに困難となっていた。
【００１４】
したがって、従来は、更なる部品点数の削減、小型化、低コスト化および量産性の向上の要求に十分に応えることができないといった問題が生じていた。
【００１５】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、良好な光学特性を維持しつつ、更なる部品点数の削減、小型化、低コスト化および量産性の向上を実現することができる光学素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る光学素子の特徴は、光の波長を選択して光を反射または透過させる波長選択機能を有する光学素子において、開口を有する空洞部が光路中に形成され、前記空洞部の内面に光の進行方向に対して所定の傾斜角度をなす傾斜面が形成された光学ブロックを備え、少なくとも、前記空洞部の内面および前記光学ブロックの光の入射および／または出射端における外部との界面に、同一構造の多層膜が形成され、前記空洞部の内面における前記傾斜面に形成された前記多層膜が、使用する光に対して前記波長選択機能を有し、前記傾斜面以外に形成された前記多層膜が、使用する光に対して反射防止機能を有する点にある。
【００１７】
なお、光学ブロックの光の入射および／または出射端とは、光情報の送受信の際に、光学ブロックにおいて、光の入射端および光の出射端の少なくとも一方として機能する部位のことをいうものとする（以下、同様）。
【００１８】
そして、この請求項１に係る発明によれば、光学ブロックに多層膜を形成することによって、光学フィルタの機能に相当する波長選択機能を得ることができるので、光学フィルタを光学ブロックに設置する煩雑な作業を省くことが可能となる。
【００１９】
また、成膜法を用いて多層膜を成膜することができるので、小型の光学ブロックにも対応することが可能となる。
【００２０】
さらに、光学ブロックに形成された同一構造の多層膜に、その形成位置に応じて、光学フィルタの機能に相当する波長選択機能または反射防止膜の機能に相当する反射防止機能といった別個の光学機能をもたせることができることにより、多層膜の存在を原因として光学特性が劣化することを防止することが可能となる。
【００２１】
さらにまた、光学フィルタに相当する部材と反射防止膜に相当する部材とを同一構造の多層膜によって同時に形成することが可能となる。
【００２２】
この結果、良好な光学特性を維持しつつ、更なる部品点数の削減、小型化、低コスト化および量産性の向上を実現することができる。
【００２３】
また、請求項２に係る光学素子の特徴は、請求項１において、前記多層膜が、次の（１）および（２）に示す各条件式、
［傾斜面以外に形成された多層膜の場合］
λ１＜λ２＜λＴ５０％＜λ０              （１）
［傾斜面に形成された多層膜の場合］
λ１＜λＴＰ５０％かつλＴＳ５０％＜λ２＜λ０    （２）
但し、
λ１：使用する第１の光の中心波長
λ２：使用する第２の光の中心波長
λＴ５０％：多層膜における無偏光の光の透過率が５０％となる波長
λ０：反射帯中心波長
λＴＰ５０％：多層膜におけるＰ偏光の透過率が５０％となる波長
λＴＳ５０％：多層膜におけるＳ偏光の透過率が５０％となる波長
を満足するショートウェイブパスフィルタである点にある。
【００２４】
そして、この請求項２に係る発明によれば、傾斜面以外に形成された多層膜が（１）の条件式を満足するショートウェイブパスフィルタであることにより、この傾斜面以外に形成された多層膜が、使用する光に対するより良好な反射防止機能を有することが可能となる。また、傾斜面に形成された多層膜が（２）の条件式を満足するショートウェイブパスフィルタであることにより、この傾斜面に形成された多層膜が、使用する光に対するより良好な波長選択機能を有することが可能となる。この結果、光学特性をさらに向上させることができる。
【００２５】
さらに、請求項３に係る光学素子の特徴は、請求項１または２において、前記空洞部が、前記光学ブロックに複数形成されている点にある。
【００２６】
そして、この請求項３に係る発明によれば、空洞部の個数を多くすることにより、光学ブロックにおける空洞部と空洞部ではない部分との屈折率差を有効に利用して所望の光路を簡便に設計することが可能となる。この結果、例えば、光学素子に対する光の入射角度と、その光の光学素子からの出射角度とを同一角度にすることができ、ひいては、更なる小型化を図ることができる。また、波長選択機能を有する多層膜の個数を多くすることが可能となり、この結果、より多様な波長の光を用いた光情報の送受信に柔軟に対応することができる。
【００２７】
さらにまた、請求項４に係る光学素子の特徴は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記光学ブロックの光の入射および／または出射端に、前記光学ブロックと同一の材料からなるレンズが前記光学ブロックと一体に形成されている点にある。
【００２８】
そして、この請求項４に係る発明によれば、レンズと光学ブロックとを同一の材料によって同時に製造することが可能となり、また、レンズと光学ブロックとの位置調整の作業を要しなくすることが可能となる。この結果、さらに量産に適した安価な光学素子を実現することができる。
【００２９】
また、請求項５に係る光学素子の特徴は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記光学ブロックの光の入射および／または出射端が、前記光学ブロックに複数形成され、各入射および／または出射端に、光電変換素子が保持される第１の保持部または光伝送路の端部が保持される第２の保持部が、前記光学ブロックと同一の材料によって前記光学ブロックと一体に形成されている点にある。
【００３０】
そして、この請求項５に係る発明によれば、光学ブロック、第１保持部および第２保持部を同一の材料によって同時に形成することが可能となる。この結果、さらに量産性に優れたより安価な光学素子を実現することができる。
【００３１】
さらに、請求項６に係る光学素子の特徴は、請求項１〜５のいずれか１項において、前記光学ブロックの全面に、前記多層膜が形成されている点にある。
【００３２】
そして、この請求項６に係る発明によれば、光学ブロックにおける特定の面を選択して多層膜を形成するのに要する手間を省くことが可能となる。この結果、さらに量産性に優れた光学素子を実現することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る光学素子によれば、良好な光学特性を維持しつつ、更なる部品点数の削減、小型化、低コスト化および量産性の向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る光学素子の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
【００３５】
図１は、本実施形態における光学素子１を説明するための図を示したものである。この図１に示すように、本実施形態における光学素子１は、図１における紙面垂直方向に所定の厚みを有する略台形状の光学ブロック２を有しており、この光学ブロック２は、同一の樹脂材料によって形成されている。また、光学ブロック２は、射出成形法を用いて一体成形することができる。
【００３６】
光学ブロック２を形成する樹脂材料としては、例えば、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、シクロオレフィンポリマーまたはポリカーボネート等を用いるようにしてもよい。
【００３７】
以下、便宜上、光学ブロック２の図１における紙面手前側の面（正面）を第１面２ａ、裏面を第２面２ｂ、図１における右側面を第３面２ｃ、下側面を第４面２ｄ、左側面を第５面２ｅ、上側面を第６面２ｆと称する。
【００３８】
光学ブロック２には、第１面２ａから第２面２ｂにわたって各面２ａ、２ｂに直交する平面直角三角形状の貫通孔３が穿設されている。
【００３９】
この貫通孔３によって、光学ブロック２における光路中に、第１面２ａに形成された開口５ａと第２面２ｂに形成された開口５ｂとの２つの開口５ａ、５ｂを有する直角三角柱形状の空洞部６が形成されている。
【００４０】
なお、空洞部６の内面は、互いに直交した状態で隣接する第１面６ａおよび第２面６ｂと、第１面６ａおよび第２面６ｂの双方との間で鋭角をなした状態で両面６ａ、６ｂに隣接する第３面（以下、傾斜面６ｃと称する）とによって形成されている。
【００４１】
空洞部６の内面における第１面６ａは、光学ブロック２の第３面２ｃに対して光学ブロック２の樹脂材料を隔てて平行に対向している。また、空洞部６の内面における第２面６ｂは、光学ブロック２の第４面２ｄに対して光学ブロック２の樹脂材料を隔てて平行に対向している。さらに、空洞部６の内面における傾斜面６ｃは、光学ブロック２の第５面２ｅに対して光学ブロック２の樹脂材料を隔てて傾斜を有した状態で対向している。
【００４２】
さらに、図１に示すように、傾斜面６ｃは、この傾斜面６ｃと光学ブロック２の第３面２ｃの外側（図１における右方）に配置される光伝送路としての光ファイバ８との間の光路上を進行する光の進行方向に対して、所定の傾斜角度θ１をなしている。
【００４３】
また、傾斜面６ｃは、この傾斜面６ｃと光学ブロック２の第４面２ｄの外側（図１における下方）に配置される第１光電変換素子９との間の光路上を進行する光の進行方向に対して、所定の傾斜角度θ２をなしている。
【００４４】
さらに、傾斜面６ｃは、この傾斜面６ｃと光ファイバ８との間の光路上を進行する光の進行方向に対して、所定の傾斜角度θ３をなしている。
【００４５】
なお、第１光電変換素子９および第２光電変換素子１０には、発光素子と受光素子との双方が搭載されていてもよく、または、いずれか一方の素子が搭載されていてもよい。
【００４６】
そして、本実施形態において、空洞部６の内面における全面６ａ、６ｂ、６ｃには、多層膜１２が形成されている。
【００４７】
また、光学ブロック２の光の入射および／または出射端における外部との界面としての光学ブロック２の第３面２ｃにおける光ファイバ８に臨む一定範囲の領域には、空洞部６の内面に形成されたものと同一構造の多層膜１２が形成されている。
【００４８】
さらに、光学ブロック２の光の入射および／または出射端における外部との界面としての光学ブロック２の第４面２ｄにおける第１光電変換素子９に臨む一定範囲の領域には、空洞部６の内面に形成されたものと同一構造の多層膜１２が形成されている。
【００４９】
さらにまた、光学ブロック２の光の入射および／または出射端における外部との界面としての光学ブロック２の第５面２ｅにおける第２光電変換素子１０に臨む一定範囲の領域には、空洞部６の内面に形成されたものと同一構造の多層膜１２が形成されている。
【００５０】
そして、これらの多層膜１２のうち、空洞部６の内面における傾斜面６ｃに形成された多層膜１２は、使用する第１の光としての中心波長λ１＝９８０ｎｍの光および使用する第２の光としての中心波長λ２＝１３１０ｎｍの光に対して、光の波長を選択して光を反射または透過させる波長選択機能を有している。
【００５１】
具体的には、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２は、光ファイバ８側から中心波長λ１＝９８０ｎｍの光（以下、第１使用光と称する）が入射した場合には、この第１使用光を第２光電変換素子１０側に透過させるようになっている。逆に、当該多層膜１２は、第２光電変換素子１０側から発光素子が発した第１使用光が入射した場合には、この第１使用光を光ファイバ８側に透過させるようになっている。
【００５２】
これにより、光ファイバ８と第２光電変換素子１０とを光学的に結合することができ、第１使用光を用いた一心双方向の光情報の送受信が可能となる。なお、第１使用光は、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２における透過の際に、空洞部６の空気層と、多層膜１２と、光学ブロック２の樹脂材料との屈折率差により若干屈折することになるが、これを見込んで第２光電変換素子１０および光ファイバ８の位置を設定すれば、光ファイバ８と第２光電変換素子１０とを適切に結合することができる。
【００５３】
また、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２は、光ファイバ８側から中心波長λ２＝１３１０ｎｍの光（以下、第２使用光と称する）が入射した場合には、この第２使用光を第１光電変換素子９側に反射させるようになっている。逆に、当該多層膜１２は、第１光電変換素子９側から発光素子が発した第２使用光が入射した場合には、この第２使用光を光ファイバ８側に反射させるようになっている。
【００５４】
これにより、光ファイバ８と第１光電変換素子９とを光学的に結合することができ、第２使用光を用いた一心双方向の光情報の送受信が可能となる。
【００５５】
一方、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２として、空洞部６の内面における第１面６ａに形成された多層膜１２と、光学ブロック２の第３面２ｃにおける光ファイバ８に臨む一定範囲の領域に形成された多層膜１２とは、各多層膜１２を透過する第１使用光および第２使用光の双方に対する反射防止機能を有している。
【００５６】
また、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２として、光学ブロック２の第５面２ｅにおける第２光電変換素子１０に臨む一定範囲の領域に形成された多層膜１２は、この多層膜１２を透過する第１使用光に対する反射防止機能を有している。
【００５７】
さらに、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２として、空洞部６の内面における第２面６ｂに形成された多層膜１２と、光学ブロック２の第４面２ｄにおける第１光電変換素子９に臨む一定範囲の領域に形成された多層膜１２とは、各多層膜１２を透過する第２使用光に対する反射防止機能を有している。
【００５８】
これらの傾斜面６ｃおよび傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２は、例えば、誘電体としての高屈折率物質の薄膜と、誘電体としての低屈折率物質の薄膜とを、交互に繰り返し積層することによって形成することができる。高屈折率物質としては、例えば、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２等を用いるようにしてもよい。また、低屈折率物質としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等を用いるようにしてもよい。
【００５９】
さらに、傾斜面６ｃおよび傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２は、原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）等の成膜法によって同一の成膜材料を用いて同時に形成することができる。
【００６０】
このように、本実施形態においては、光学ブロック２に多層膜１２を形成することによって、光学フィルタの機能に相当する波長選択機能を得ることができるので、従来のような別体の光学フィルタを光学ブロック２に設置する煩雑な作業を省くことが可能となる。また、成膜法を用いて多層膜１２を形成することができるので、小型の光学ブロック２にも対応することが可能となる。さらに、光学ブロック２に形成された同一構造の多層膜１２に、その形成位置に応じて、波長選択機能または反射防止機能といった別個の光学機能をもたせることができることにより、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２の存在を原因として光学素子１の光学特性が劣化することはない。さらにまた、光学フィルタに相当する部材と、反射防止膜に相当する部材とを同一構造の多層膜１２によって同時に形成することが可能となる。
【００６１】
この結果、良好な光学特性を維持しつつ、更なる部品点数の削減、小型化、低コスト化および量産性の向上を実現することができる。
【００６２】
上記構成に加えて、さらに、本実施形態においては、多層膜１２が、次の（１）および（２）に示す各条件式を満足する。
［傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２の場合］
λ１＜λ２＜λＴ５０％＜λ０              （１）
［傾斜面６ｃに形成された多層膜１２の場合］
λ１＜λＴＰ５０％かつλＴＳ５０％＜λ２＜λ０    （２）
但し、（１）式および（２）式において、λ１は、前述した第１使用光の中心波長（９８０ｎｍ）を、λ２は、前述した第２使用光の中心波長（１３１０ｎｍ）を示す。
【００６３】
また、（１）および（２）式において、λ０は、反射帯中心波長、すなわち、多層膜１２において完全に反射される光の中心波長である。この反射帯中心波長は、多層膜１２の膜構造（膜材料、層数および膜厚等）が同一の場合であっても、多層膜１２に対する光の入射角度に応じて異なる値をとる。例えば、多層膜１２の面法線に対して入射光のなす角度が０°（０°入射）の場合には、λ０＝約１５５０ｎｍとなり、４５°（４５°入射）の場合には、λ０＝約１４００ｎｍとなる。この例を（１）および（２）式に当てはめると、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２については、図１からも分かるように、ほぼ０°入射とみなすことができるので、λ０＝約１５５０ｎｍとなる。また、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２については、傾斜面６ｃの傾斜角度θ１、θ２、θ３を４５±５°とすれば、ほぼ４５°入射とみなすことができるので、λ０＝約１４００ｎｍとなる。
【００６４】
さらに、（１）式において、λＴ５０％は、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２における無偏光の光の透過率が５０％となる波長を示す。
【００６５】
さらにまた、（２）式において、λＴＰ５０％は、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２におけるＰ偏光（入射光の入射方向と入射面の法線方向とが作る面内で振動している光）の透過率が５０％となる波長を、λＴＳ５０％は、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２におけるＳ偏光（Ｐ偏光と垂直な面内で振動している光）の透過率が５０％となる波長を示す。
【００６６】
ここで、（１）式は、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２が第１使用光および第２使用光に対して反射防止機能を有するための条件を示している。すなわち、（１）式は、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２が、この多層膜１２に入射した無偏光の状態の第１使用光および第２使用光を、良好な透過率で透過させることができることを示している。
【００６７】
そして、この（１）式を満足することにより、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２が、第１使用光および第２使用光に対するより良好な反射防止機能を有することが可能となる。この結果、光学特性をさらに向上させることができる。
【００６８】
一方、（２）式は、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２が第１使用光および第２使用光に対して波長選択機能を有するための条件を示している。すなわち、（２）式は、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２が、この多層膜１２に入射したＰ偏光またはＳ偏光の状態の第１使用光を、良好な透過率で透過させることができることを示している。さらに、（２）式は、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２が、この多層膜１２に入射したＰ偏光またはＳ偏光の状態の第２使用光を、良好な反射率で反射させることができることを示している。
【００６９】
そして、この（２）式を満足することにより、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２が、第１使用光および第２使用光に対するより良好な波長選択機能を有することが可能となる。この結果、光学特性をさらに向上させることができる。
【００７０】
さらに、傾斜面６ｃの傾斜角度を４５°とした場合、およそ４５°±５°にコリメートされた光を使用すれば、傾斜面６ｃに形成される多層膜１２が波長選択機能を有するために好適な角度にすることが可能となる。この結果、光学特性にさらに優れた光学素子１を実現することができる。また、本実施形態の多層膜１２のようなショートウェイブパスフィルタ（ＳＷＰＦ）を光学ブロック２に同時に成膜することで、量産性に優れた光学素子１を提供することができる。
【００７１】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る光学素子の第２実施形態について、第１実施形態との差異を中心に図２〜図７を参照して説明する。なお、第１実施形態と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。
【００７２】
図２は、本実施形態における光学素子１５を示す斜視図である。また、図３は、光学素子１５を図１と同方向からみた正面図である。さらに、図４は、図３の右側面図であり、図５は、図３の左側面図であり、図６は図３の下面図である。また、図７は、図４のＡ−Ａ断面図である。
【００７３】
図２、図３および図７に示すように、本実施形態における光学素子１５は、光学ブロック２に、第１実施形態と同様の多層膜１２が形成された空洞部６を有しているだけでなく、この空洞部６と第２光電変換素子１０との間の光路上に、空洞部６と同一形状の第２の空洞部１６を有している。
【００７４】
この第２の空洞部１６の内面における傾斜面１６ｃは、空洞部６の傾斜面６ｃに対して光学ブロック２の樹脂材料を隔てて平行に対向している。また、第２の空洞部１６の内面における第１面１６ａは、光学ブロック２の第５面２ｅに対して光学ブロック２の樹脂材料を隔てて平行に対向している。さらに、第２の空洞部１６における第２面１６ｂは、光学ブロック２の第６面２ｆに対して光学ブロック２の樹脂材料を隔てて平行に対向している。
【００７５】
そして、第２の空洞部１６についても、空洞部６と同様に、内面における全面１６ａ、１６ｂ、１６ｃに、空洞部６の内面に形成された多層膜１２と同一構造の多層膜１２が形成されている。
【００７６】
そして、第２の空洞部１６における傾斜面１６ｃに形成された多層膜１２は、第１使用光に対して波長選択機能を有している。
【００７７】
具体的には、傾斜面１６ｃに形成された多層膜１２は、光ファイバ８側から空洞部６を経て第１使用光が入射した場合には、この第１使用光を第２光電変換素子１０側に透過させるようになっている。逆に、当該多層膜１２は、第２光電変換素子１０側から発光素子によって出射された第１使用光が入射した場合には、この第１使用光を空洞部６側に透過させるようになっている。
【００７８】
ここで、前述のように、第１使用光は、空洞部６の傾斜面６ｃに形成された多層膜１２を透過する際に、若干屈折することになる。
【００７９】
第２の空洞部１６は、空洞部６側から入射した第１使用光を、第２の空洞部１６（空気層）と第２の空洞部１６ではない部分２、１２との屈折率差を利用して空洞部６における屈折方向と逆方向に屈折させるようになっている。
【００８０】
これにより、光学ブロック２の第３面２ｃに対する第１使用光の入射角度と、光学ブロック２の第５面２ｅからの第１使用光の出射角度とを同一角度（第３面２ｃ、第５面２ｅの面法線に対して０°）にすることができる。
【００８１】
この結果、図３に示すように、光ファイバ８、光学ブロック２および第２光電変換素子１０を横一線に配置することができ、第１実施形態における光学素子１の効果に加えて、さらに、よりコンパクトな構成を実現することができる。
【００８２】
一方、第２の空洞部１６における第１面１６ａに形成された多層膜１２は、傾斜面１６ｃ側から入射する第１使用光あるいは第２光電変換素子１０側から入射する第１使用光に対して反射防止機能を有している。したがって、この第１面１６ａに形成された多層膜１２によって、第１使用光を用いた光情報の送受信を行う際の光学特性をさらに向上させることができる。
【００８３】
さらに、図７に示すように、本実施形態において、光学ブロック２の光の入射および／または出射端における外部との界面としての光学ブロック２の第３面２ｃにおける光ファイバ８に臨む一定範囲の領域内には、光学ブロック２と同一の樹脂材料からなる第１レンズ１８が、光学ブロック２と一体に形成されている。
【００８４】
この第１レンズ１８は、傾斜面６ｃと光ファイバ８との間の光路上を進行する第１使用光および第２使用光の進行方向を規定するようになっている。
【００８５】
また、図７に示すように、光学ブロック２の光の入射および／または出射端における外部との界面としての光学ブロック２の第４面２ｄに形成された第１凸部１３の先端面には、光学ブロック２と同一の樹脂材料からなる第２レンズ１９が、光学ブロック２と一体に形成されている。
【００８６】
この第２レンズ１９は、傾斜面６ｃと第１光電変換素子９との間の光路上を進行する第２使用光の進行方向を規定するようになっている。
【００８７】
さらに、図７に示すように、光学ブロック２の光の入射および／または出射端における外部との界面としての光学ブロック２の第５面２ｅに形成された第２凸部１４の先端面には、光学ブロック２と同一の樹脂材料からなる第３レンズ２０が、光学ブロック２と一体に形成されている。
【００８８】
この第３レンズ２０は、傾斜面１６ｃと第２光電変換素子１０との間の光路上を進行する第１使用光の進行方向を規定するようになっている。
【００８９】
したがって、本実施形態においては、レンズ１８、１９、２０と光学ブロック２とを同一の樹脂材料によって同時に製造することが可能となり、また、レンズ１８、１９、２０と光学ブロック２との位置調整の作業を要しなくすることが可能となる。この結果、さらに量産に適した安価な光学素子を実現することができる。
【００９０】
さらに、図７に示すように、本実施形態において、光学ブロック２の光の入射および／または出射端としての光学ブロック２の第３面２ｃ上には、第２の保持部として筒状の光ファイバ保持部２２が、第１レンズ１８を囲むように形成されており、この光ファイバ保持部２２には、光ファイバ８の端部が保持されている。
【００９１】
また、図７に示すように、光学ブロック２の光の入射および／または出射端としての第１凸部１３には、第１の保持部としての筒状の第１光電変換素子保持部２３が、第２レンズ１９を囲むように形成されており、この第１光電変換素子保持部２３には、第１光電変換素子９が保持されている。
【００９２】
さらに、図７に示すように、光学ブロック２の光の入射および／または出射端としての第２凸部１４には、第１の保持部としての筒状の第２光電変換素子保持部２４が、第３レンズ２０を囲むように形成されており、この第２光電変換素子保持部２４には、第２光電変換素子１０が保持されている。
【００９３】
したがって、本実施形態においては、光学ブロック２、光ファイバ保持部２２、第１光電変換素子保持部２３および第２光電変換素子保持部２４を同一の樹脂材料によって同時に形成することが可能となる。この結果、さらに量産性に優れたより安価な光学素子１５を実現することができる。
【実施例】
【００９４】
次に、本発明の実施例について、図８〜図１２を参照して説明する。
【００９５】
＜第１実施例＞
図８に示すように、第１実施例における多層膜１２は、ポリエーテルイミド樹脂からなる光学ブロック２に、ＡＬＤ法を用いてＴｉＯ２の薄膜とＡｌ２Ｏ３の薄膜とを交互に繰り返し積層することによって形成された合計４５層の多層膜１２とされている。
【００９６】
各層の薄膜の膜厚および光学膜厚は、図８のように設定されている。なお、図８において、膜厚は、薄膜の物理的な厚みである。また、図８において、光学膜厚は、真空中の光の波長を基準として換算した膜厚、すなわち、薄膜の物理的な厚みに、基準とした波長における膜材料の屈折率を乗じたものである。
【００９７】
なお、ＴｉＯ２の薄膜は、ＴｉＣｌ４（四塩化チタン）およびＨ２Ｏ（水）を材料とし、両材料のガスを交互に間歇的にチャンバ内に導入して化学反応させることによって成膜されたものである。一方、Ａｌ２Ｏ３の薄膜は、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）およびＨ２Ｏ（水）を材料とし、両材料のガスを交互に間歇的にチャンバ内に導入して化学反応させることによって成膜されたものである。
【００９８】
また、多層膜１２を形成する際のＴｉＯ２の薄膜の成膜レートは、化学反応の１サイクルごとに成膜されるＴｉＯ２の膜厚が約０．０４５ｎｍであった。一方、多層膜１２を形成する際のＡｌ２Ｏ３の薄膜の成膜レートは、化学反応の１サイクルごとに成膜されるＡｌ２Ｏ３の膜厚が約０．１ｎｍであった。
【００９９】
さらに、ＴｉＯ２の全層の薄膜を成膜するのに要した化学反応のサイクルの総数は、約６８５００サイクルであった。一方、Ａｌ２Ｏ３の全層の薄膜を成膜するのに要した化学反応のサイクルの総数は、約４７３００サイクルであった。
【０１００】
このようにして形成された本実施例の多層膜１２は、図９に示すような透過率の特性を有している。
【０１０１】
図９の破線のグラフ（Ｔｐ４５）に示すように、本実施例において、４５°入射が行われる多層膜１２、すなわち、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２については、Ｐ偏光の透過率が５０％となる波長λＴＰ５０％＝約１２５３ｎｍが、第１使用光の中心波長９８０ｎｍよりも大きく、第２使用光の中心波長１３１０ｎｍよりも小さい。
【０１０２】
また、図９の一点鎖線のグラフ（Ｔｓ４５）に示すように、前述した４５°入射が行われる多層膜１２は、Ｓ偏光の透過率が５０％となる波長λＴＳ５０％＝約１２１１ｎｍが、第１使用光の中心波長９８０ｎｍよりも大きく、第２使用光の中心波長１３１０ｎｍよりも小さい。
【０１０３】
すなわち、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２は、（２）の条件式を満足するものである。
【０１０４】
これにより、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２が、波長選択機能によって、多層膜１２に入射した第１使用光を良好な透過率で透過させることができるとともに、多層膜１２に入射した第２使用光を良好な反射率で反射させることができる。
【０１０５】
また、図９の実線のグラフ（Ｔ０）に示すように、本実施例において、０°入射が行われる多層膜１２、すなわち、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２については、無偏光の透過率が５０％となる波長λＴ５０％＝約１３３３ｎｍが、第１使用光および第２使用光の中心波長よりも大きく、反射帯中心波長１５００ｎｍよりも小さい。
【０１０６】
すなわち、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２は、（１）の条件式を満足するものである。
【０１０７】
これにより、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２が、多層膜１２に入射した第１使用光および第２使用光を良好な透過率で透過させることができ、良好な反射防止機能を発揮することができる。
【０１０８】
次に、図１０は、このような多層膜１２の反射防止機能をより具体的に示したものであり、光学素子１５への入力光と出力光の光学特性を示す図である。
【０１０９】
すなわち、本実施例における多層膜１２は、光学素子１５における傾斜面６ｃの多層膜１２によって透過された第１使用光に対して、図１０の実線のグラフ（Ｔ）に示すような透過率の特性を有している。
【０１１０】
また、本実施例における多層膜１２は、光学素子１５における傾斜面６ｃの多層膜１２によって反射された第２使用光に対して、図１０の破線のグラフ（Ｒ）に示す透過率の特性を有している。
【０１１１】
図１０に示すように、本実施例における多層膜１２は、傾斜面６ｃの多層膜１２によって透過された第１使用光、および、傾斜面６ｃの多層膜１２によって反射された第２使用光に対して、いずれも、９０％を大きく超える良好な透過率を有することが分かる。
【０１１２】
したがって、本実施例における多層膜１２は、第１使用光および第２使用光に対して良好な反射防止機能を発揮することができる。
【０１１３】
＜第２実施例＞
図１１に示すように、第２実施例における多層膜１２は、ポリエーテルイミド樹脂からなる光学ブロック２に、ＡＬＤ法を用いてＴｉＯ２の薄膜とＳｉＯ２の薄膜とを交互に繰り返し積層することによって形成された合計４０層の多層膜１２とされている。
【０１１４】
各層の薄膜の膜厚および光学膜厚は、図１１のように設定されている。
【０１１５】
本実施例の多層膜１２は、図１２に示すような透過率の特性を有している。
【０１１６】
図１２の破線のグラフ（Ｔｐ４５）に示すように、本実施例において、４５°入射が行われる傾斜面６ｃに形成された多層膜１２については、Ｐ偏光の透過率が５０％となる波長λＴＰ５０％＝約１２４４ｎｍが、第１使用光の中心波長９８０ｎｍよりも大きく、第２使用光の中心波長１３１０ｎｍよりも小さい。
【０１１７】
また、図１２の一点鎖線のグラフ（Ｔｓ４５）に示すように、本実施例において、４５°入射が行われる傾斜面６ｃに形成された多層膜１２については、Ｓ偏光の透過率が５０％となる波長λＴＳ５０％＝約１１９４ｎｍが、第１使用光の中心波長９８０ｎｍよりも大きく、第２使用光の中心波長１３１０ｎｍよりも小さい。
【０１１８】
すなわち、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２は、（２）の条件式を満足するものである。
【０１１９】
これにより、傾斜面６ｃに形成された多層膜１２が、波長選択機能によって、多層膜１２に入射した第１使用光を良好な透過率で透過させることができるとともに、多層膜１２に入射した第２使用光を良好な反射率で反射させることができる。
【０１２０】
さらに、図１２の実線のグラフ（Ｔ０）に示すように、本実施例において、０°入射が行われる傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２については、無偏光の透過率が５０％となる波長λＴ５０％＝約１３３０ｎｍが、第１使用光および第２使用光の中心波長よりも大きく、反射帯中心波長１５００ｎｍよりも小さい。
【０１２１】
すなわち、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２は、（１）の条件式を満足するものである。
【０１２２】
これにより、傾斜面６ｃ以外に形成された多層膜１２が、多層膜１２に入射した第１使用光および第２使用光を良好な透過率で透過させることができ、良好な反射防止機能を発揮することができる。
【０１２３】
以上述べたように、本発明に係る光学素子１、１５によれば、（１）および（２）の各条件式を満足する波長選択機能および反射防止機能を有する同一構造の多層膜１２を備えたことにより、良好な光学特性を維持しつつ、更なる部品点数の削減、小型化、低コスト化および量産性の向上を実現することができる。
【０１２４】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【０１２５】
例えば、多層膜１２を、光学ブロック２の全面に形成してもよい。このようにすれば、光学ブロック２における特定の面を選択して多層膜１２を形成するのに要する手間を省くことができ、さらに量産性に優れた光学素子を実現することができる。また、光学ブロック２の全面に多層膜１２を形成することで、樹脂材料の吸湿を防ぎ、光学特性の劣化を防止することができる。
【０１２６】
また、傾斜面を備えた空洞部は、必要に応じて３個以上形成するようにしてもよいことは勿論である。
【０１２７】
さらに、本実施形態における光学素子１、１５を直列に複数接続するようにしてもよい。このようにすれば、より多くの波長を用いた送受信に対応することができ、利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明に係る光学素子の第１実施形態を示す原理図
【図２】本発明に係る光学素子の第２実施形態を示す斜視図
【図３】本発明に係る光学素子の第２実施形態を示す正面図
【図４】図３の右側面図
【図５】図３の左側面図
【図６】図３の下面図
【図７】図４のＡ−Ａ断面図
【図８】本発明に係る光学素子の第１実施例において、多層膜の構造に関するデータを示す図
【図９】本発明に係る光学素子の第１実施例において、多層膜の透過率の特性を示すグラフ
【図１０】本発明に係る光学素子の第１実施例において、多層膜の反射防止特性を示すグラフ
【図１１】本発明に係る光学素子の第２実施例において、多層膜の構造に関するデータを示す図
【図１２】本発明に係る光学素子の第２実施例において、多層膜の透過率の特性を示すグラフ
【符号の説明】
【０１２９】
１、１５  光学素子
２  光学ブロック
６、１６  空洞部
８  光ファイバ
９  第１光電変換素子
１０  第２光電変換素子
１２  多層膜
１８  第１レンズ
１９  第２レンズ
２０  第３レンズ
２２  光ファイバ保持部
２３  第１光電変換素子保持部
２４  第２光電変換素子保持部
【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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