(57)【要約】【課題】  所定の波長の受光を容易に防ぎ低廉に製作可能なレンズ素子及び当該レンズ素子を用いた光モジュールを提供する。【解決手段】  上記レンズ素子（１５０）は，光束変換部（１５２）と，上記光束変換部と対向する面にリニアグレーティング（１５５）とを備えおり，上記リニアグレーティングは，光束変換部からの光を複数の光に分離することができる。かかるレンズ素子は，カットフィルタ等のフィルタよりもコストを低く抑えて製作することができる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束変換部と，前記光束変換部と対向する面にリニアグレーティングとを備え，
前記リニアグレーティングは，前記光束変換部からの光を複数の光に分離することを特徴とする，レンズ素子。
【請求項２】
前記リニアグレーティングは，第１の波長の光と第２の波長の光とに分離することを特徴とする，請求項１に記載のレンズ素子。
【請求項３】
前記光学基板はシリコン結晶基板であることを特徴とする，請求項１又は２に記載のレンズ素子。
【請求項４】
基板上に発光素子と，波長分波器と，レンズ素子と，受光素子とを備え，
前記レンズ素子は，光束変換部と，前記光束変換部と対向する面にリニアグレーティングとを備え，
前記リニアグレーティングは，前記光束変換部からの光を複数の光に分離することを特徴とする，光モジュール。
【請求項５】
前記リニアグレーティングは，第１の波長の光と第２の波長の光とに分離することを特徴とする，請求項４に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記光学基板はシリコン結晶基板であることを特徴とする，請求項４又は５に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，レンズ素子，および当該レンズ素子を用いた光モジュールに関し，より詳細には，当該レンズ素子を用いた，単一の光ファイバを伝搬する，２以上の異なる波長の光信号の送受信に好適な光モジュールの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の分野，特にファイバトゥザホーム（ＦＴＴＨ）において，１本の光ファイバに波長の異なる２種以上の光信号を双方向に伝搬させて通信を行う一芯双方向通信方式が普及してきている。例えば，異なる２種の波長の光を１本の光ファイバに入射させて双方向通信を行う方式がある（例えば，非特許文献１）。
【０００３】
図５は，従来の一芯双方向光通信用の送受信モジュールの構成を示す説明図である。図５に示すように，従来の送受信モジュールは，略直方体のハウジング１０の内部に，波長選択性を有する波長フィルタ１１が配設されている。また，ハウジング１０の外壁には，光ファイバ１７，発光素子（以下，「ＬＤ」とする。）１２および受光素子（以下，「ＰＤ」とする。）１３が配設されており，光ファイバ１７，ＬＤ１２およびＰＤ１３それぞれに対して光ファイバ用レンズ１４，ＬＤ用レンズ１５およびＰＤ用レンズ１６が設けられている。
【０００４】
ＬＤ１２から出射された波長λ１の光信号は，ＬＤ用レンズ１５により平行光に変換されて，波長フィルタ１１によって約９０°反射された後，光ファイバ用レンズ１４により光ファイバ１７へ集光されて伝搬される。
【０００５】
一方，光ファイバ１７を伝搬してきた波長λ２の光信号は，光ファイバ用レンズ１４により平行光に変換されて，波長フィルタ１１を透過した後，ＰＤ用レンズ１６によってＰＤ１３に集光される。
【０００６】
さらに，光ファイバ１７を波長λ３が伝播する３波型の双方向モジュールの場合，波長λ２とともにλ３の光が入射するため，ＰＤ１３に目的外とする波長λ３の光が集光されないようカットフィルタを設ける必要がある。
【０００７】
【非特許文献１】「レセプタクル形双方向波長多重光モジュールＩ」，小楠正大，他２名，１９９６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会，Ｃ−２０８，ｐ２０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら，上記のような一芯双方向光通信モジュールにおいて，波長λ３の光の集光を防ぐ目的のカットフィルタを製作するためには，いくつもの複雑な製作工程が必要であり，一芯双方向光通信モジュールを効率的に製作することが容易ではなかった。
【０００９】
また，上記カットフィルタを製作するためには，多額の製作コストが必要である一方，光通信モジュールの製作コストをより一層削減するためには，一芯双方向光通信モジュールにカットフィルタを備えることは経済的にも容易ではなかった。
【００１０】
本発明は，上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，所定の波長の受光を容易に防ぎ低廉に製作可能な，新規かつ改良されたレンズ素子及び当該レンズ素子を用いた光モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，光束変換部と，上記光束変換部と対向する面にリニアグレーティングとを備え，上記リニアグレーティングは，光束変換部からの光を複数の光に分離することを特徴とするレンズ素子が提供される。
【００１２】
ここで光束変換部とは光束を変換する機能を有するものであり，例えば光束を収束，発散，反射，偏向等するものである。また，光束変換部は，配置条件により入射光束を平行光に変換するものも含む。光束変換部の具体例としては，レンズや，回折光学素子からなる素子等が挙げられる。また，上記光束変換部は，例えば，光学基板上に形成されている。
【００１３】
また，上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，基板上に発光素子と，波長分波器と，レンズ素子と，受光素子とを備え，上記レンズ素子は，光束変換部と，上記光束変換部と対向する面にリニアグレーティングとを備え，リニアグレーティングは，光束変換部からの光を複数の光に分離することを特徴とする光モジュールが提供される。
【００１４】
かかる構成によれば，レンズ素子に備わるリニアグレーティングは，光束変換部からの光を第１の波長の光と第２の波長の光とに分離することにより，受光素子は，双方のうちいずれか一方の光だけを受光することができる。
【００１５】
上記リニアグレーティングは，第１の波長の光と第２の波長の光とに分離するように構成されてもよい。
【００１６】
上記光学基板はシリコン結晶基板であるようにしてもよい。また，上記第１の波長は１．４９μｍ，第２の波長は１．５５μｍとしてもよい。
【００１７】
また，上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，第１の方向にエッチング形成された第１の溝構造と第１の方向と９０度をなす第２の方向にエッチング形成された第２の溝構造とを有する基板と，上記基板上に配置され，波長に応じて光を透過または９０度反射する，キューブ型の波長分波器と，上記第１の溝構造に配置された発光素子側レンズ素子と，上記第２の溝構造に配置された受光素子側レンズ素子と，上記第１の溝構造の端部近傍に配置され，光を発光し，上記発光素子側レンズ素子および上記波長分波器を介して外部への出射光とするための発光素子と，上記第２の溝構造の端部近傍に配置され，外部からの入射光を波長分波器および上記受光素子側レンズ素子を介して受光する受光素子とを備え，上記受光素子側レンズ素子は，光束変換部と，当該光束変換部と対向する面にリニアグレーティングとを備え，上記リニアグレーティングは，第１の波長の光と第２の波長の光とに分離することを特徴とする光モジュールが提供される。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように，本発明によれば，高価なカットフィルタを用いず，低廉なレンズ素子で光を分離することにより，そのうち所定波長の光だけ受光し，それ以外の波長の光の受光を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下，本発明の好適な実施の形態について，添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお，以下の説明及び添付図面において，略同一の機能及び構成を有する構成要素については，同一符号を付することにより，重複説明を省略する。
【００２０】
（光モジュールについて）
まず，本発明の実施形態にかかる光モジュールについて説明する。ここで，図１は，本実施形態にかかる光モジュールの概略構成を示す概略斜視図である。
【００２１】
本実施形態にかかる光モジュール１００は，図１に示すように，Ｖ溝１１２ａ，１１２ｂを有する基板１１０と，発光素子の一例としてレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ，以下，「ＬＤ」という。）１２０と，受光素子の一例としてフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ，以下，「ＰＤ」という。）１３０と，波長分波器１４０と，レンズ素子１５０ａ，１５０ｂとを有して構成されている。以下，各構成要素について詳細に説明する。
【００２２】
上記基板１１０は，光モジュール１００を構成する各構成要素が配置される基板であり，例えばシリコン基板からなる。基板１１０は，略直交する２つの溝が形成されており，かかる溝によって３つの段差部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃと，平面部１１０ｄからなる４つの領域に分けて配置が行われる。
【００２３】
上記段差部１１０ａおよび１１０ｂの上面には，横断面形状が例えばＶ字形状であるＶ溝１１２ａ，１１２ｂが形成されている。また，段差部１１０ａには，後述するＬＤ１２０およびレンズ素子１５０ａが配置され，段差部１１０ｂには，後述するＰＤ１３０およびレンズ素子１５０ｂが配置される。そして，基板１１０の平面部１１０ｄには，波長分波器１４０が載置される。
【００２４】
上記Ｖ溝１１２ａ，１１２ｂは，基板１１０をエッチングすることにより形成され，シリコンの（１１１）面群を斜面に持つような構成で精密に作製されている。Ｖ溝１１２ａはＬＤ１２０側に形成され，Ｖ溝１１２ｂはＰＤ１３０側に形成されている。Ｖ溝１１２ａの延在する方向とＶ溝１１２ｂの延在する方向とは，９０度をなすように形成されている。
【００２５】
ＬＤ１２０は，光を出射する発光素子であり，例えば略直方体形状からなる。ＬＤ１２０は，Ｖ溝１１２ａの端部近傍に配置されており，光を発光し，発光素子側のレンズ素子１５０ａおよび波長分波器１４０を介して外部への出射光とする。
【００２６】
上記ＰＤ１３０は，光を面（受光スポット）で受光する受光素子であり，例えば略直方体形状からなる。ＰＤ１３０は，Ｖ溝１１２ｂの端部近傍に配置されており，外部からの入射光を，波長分波器１４０および受光素子側のレンズ素子１５０ｂを介して受光する。
【００２７】
上記波長分波器１４０は，波長に応じて，光を透過または９０度反射する分波器であり，例えばキューブ型の誘電体フィルタを用いることができる。キューブ型の誘電体フィルタを採用することにより，図５に示す従来の波長フィルタ１１と比べて，位置合わせが容易であるという利点がある。
【００２８】
また，上記波長分波器１４０は，基板１１０の平面部１１０ｄ上に載置されており，波長分波器１４０は，ＬＤ１２０から発光する光（例えば，波長１．３μｍの光）を透過し，外部から入射される光（例えば，波長１．４９μｍ，１．５５μｍの光）を９０度反射してＰＤ１３０に入射する。なお，入射光の波長や角度は仕様により適宜調整されるものであるため，本発明は上記波長，角度等に限定されるものではない。
【００２９】
レンズ素子１５０ａは，ＬＤ１２０側に設けられている。レンズ素子１５０ａのレンズ部は，ＬＤ１２０からの出射光を平行光に変換し，波長分波器１４０に入射するコリメータレンズとしての機能を有する。
【００３０】
また，レンズ素子１５０ａは，例えばシリコン製マイクロレンズを用いることができる。レンズ素子１５０ａは，一方の面に，回折光学素子が形成されたレンズ部が形成されている。レンズ部に回折光学素子を用いることにより，レンズ素子１５０ａはマスクパターンの変更で，光を任意の方向へ容易に曲げることができる。また，レンズ素子の縁部は，Ｖ溝１１２ａに適合する形状として例えば略円弧状に形成されている。
【００３１】
一方，レンズ素子１５０ｂは，ＰＤ１３０側に設けられている。レンズ素子１５０ｂのレンズ部は，波長分波器１４０により分波された光を集光し，ＰＤ１３０へ入射する集光用レンズとしての機能を有する。
【００３２】
さらに，レンズ素子１５０ｂは，本実施の形態に係る特徴的な部分として，上記レンズ部が形成された面と対向する面にリニアグレーティングが形成されている。当該リニアグレーティングにより波長分波器１４０からの集光した光は，第１の波長（例えば，１．４９μｍ）の光と第２の波長（例えば，１．５５μｍ）の光に分離される。なお，上記レンズ部及びリニアグレーティングを備えるレンズ素子１５０ｂについては，後程詳述する。
【００３３】
以上，本実施形態にかかる光モジュール１００の構成について説明した。次に，図２〜４に基づいて，本実施形態の特徴的部分であるレンズ素子１５０ｂの構成について説明する。ここで，図２は，本実施の形態に係るレンズ素子１５０ｂを示す説明図である。また，図３は，本実施の形態に係るリニアグレーティングの構成について示す拡大断面図である。さらに，図４は，レンズ素子１５０ｂとＰＤ１３０間の光路について示す説明図である。
【００３４】
（レンズ素子１５０ｂ）
本実施形態では，上述のレンズ素子１５０ａと同様，レンズ素子１５０ｂとしてシリコン製マイクロレンズを採用している。レンズ素子１５０ｂは，図２（ａ），図２（ｂ）に示すように，一方の面（レンズ面１５２ａ）にレンズ部１５２が形成されている。
【００３５】
上記レンズ部１５２にも，上記レンズ素子１５０ａと同様に，例えば１１０μｍ等の所定直径を有する回折光学素子が形成されている。レンズ部１５２に回折光学素子を用いることにより，レンズ素子１５０ｂはマスクパターンの変更で，光を任意の方向へ容易に曲げることができる。
【００３６】
なお，レンズ部１５２は，例えば，外部から平行光を受けると約１０００μｍの焦点距離でビームウェスト５μｍ程度の光に集光することができるが，仕様により適宜調整されるものであるため，本発明はかかる例に限定されるものではない。
【００３７】
さらに，レンズ素子１５０ｂには，図２（ａ），図２（ｃ）に示すように，レンズ素子１５０ｂ基板上のレンズ面１５２ａの裏面（リニアグレーティング形成面１５５ａ）に，リニアグレーティング１５５が形成されている。
【００３８】
上記レンズ部１５２で集光した光がレンズ素子１５０ｂの基板を介してリニアグレーティング１５５に出射できるように，上記レンズ面１５２ａとリニアグレーティング形成面１５５ａとは，略平行となっている。
【００３９】
上記リニアグレーティング１５５は，図３に示すように，シリコン等の透光性を有する基板の厚さを周期的な階段状構造となるように，例えば，フォトリソエッチング等で形成される。
【００４０】
なお，図２（ｃ），図３に示すように，リニアグレーティング１５５は，Ｚ軸垂直方向に複数の階段が周期的に形成される場合を例に挙げて説明したが，かかる例に限定されず，例えば，リニアグレーティング１５５は，Ｙ軸垂直方向に複数の階段が周期的に形成される場合など，如何なる方向に形成されても良い。
【００４１】
図３に示すように，レンズ面１５２ａ側から，上記レンズ部１５２で集光された光（例えば，１．４９μｍ及び１．５５μｍの波長の光）がリニアグレーティング１５５（図３のＹ軸正方向）に入射すると，上記リニアグレーティング１５５で第１の波長（例えば，１．４９μｍ）の光Ａ（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）と，第２の波長（例えば，１．５５μｍ）の光Ｂ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）とに，光が分離する。
【００４２】
なお，図３に示すリニアグレーティング１５５は，例えば，１周期は６μｍで，１周期に４段（４位相）の階段状構造となっているが，リニアグレーティング１５５の周期や位相は，分離する光の波長やＰＤ１３０の受光径など仕様により適宜調整されるものであるため，本発明は上記周期，位相等に限定されるものではない。
【００４３】
上記リニアグレーティング１５５で異なる方向に分離した２つの光（光Ａ及び光Ｂ）は，ともにＰＤ１３０に向けて出射すると，図４（ａ）のように，光Ａは，ＰＤ１３０の受光径５０μｍ範囲内に入射する。
【００４４】
一方，リニアグレーティング１５５で分離した光Ｂは，図４（ａ）に示すように，ＰＤ１３０の受光スポット径５０μｍ範囲外の位置に向けて出射しているため，ＰＤ１３０は，光Ｂを受光せずに済む。
【００４５】
図４（ｂ）に示すように，光を受光する受光スポット１３０ａの中心付近に，光Ａが入射している。一方の光Ｂは，光Ａから３５μｍ離れた位置に入射しているが，受光スポット１３０ａ外であるため，ＰＤ１３０は光Ｂを受光することができない。
【００４６】
したがって，リニアグレーティング１５５で分離した光のうち一方の光のみをＰＤ１３０は，受光スポット１３０ａで受光することができ，他方の光の受光を防いで，ノイズを低減することができる。
【００４７】
即ち，本実施の形態にかかる光モジュール１００では，高コストであるカットフィルタ等の特殊なフィルタを何ら設けることなく，所定波長の光だけをＰＤ１３０が受光してノイズを低減することができる。
【００４８】
なお，本実施の形態では，図４に示すように，ＰＤ１３０の受光径は，５０μｍの場合を例に挙げて説明したが，例えば，ＰＤ１３０の受光径は，５０μｍ〜７０μｍ等の範囲で，仕様により適宜調整されるものであり，本発明はかかる例に限定されない。
【００４９】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。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を想定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。
【００５０】
上記実施形態においては，第１の波長の光ＡのみをＰＤ１３０が受光する場合を例に挙げて説明したが，本発明は，かかる例に限定されない。例えば，第２の波長の光ＢのみをＰＤ１３０が受光する場合でもよい。
【００５１】
また，上記実施形態においては，リニアグレーティング１５５で光Ａと光Ｂを所定角度曲げる場合を例に挙げて説明したが，かかる例に限定されず，例えば，リニアグレーティング１５５で光Ａ又は光Ｂのいずれか一方を曲げる場合などでも良い。
【００５２】
また，上記実施形態においては，レンズ面１５２ａのレンズ部１５２と，リニアグレーティング形成面１５５ａのリニアグレーティング１５５とは，略平行である場合を例に挙げて説明したが，光Ａ又は光ＢのいずれかがＰＤ１３０の受光スポットに入射しなければ，かかる例に限定されず，レンズ部１５２とリニアグレーティング１５５は平行でなくてもよい。
【００５３】
また，上記実施形態においては，光モジュール１００には，カットフィルタ等のフィルタを備えない場合を例に挙げて説明したが，かかる例に限定されない。例えば，光モジュール１００に，フィルタを備えることで，フィルタとレンズ素子１５０ｂとの併用により，ＰＤ１３０で受光した際のノイズをより一層低減することができる。
【００５４】
また，上記実施形態においては，リニアグレーティング１５５により光Ａと光Ｂとに分離される場合を例に挙げて説明したが，分離された光のうち所定波長の光はＰＤ１３０に受光され，その他の光はＰＤ１３０に受光されないようにすることができれば，本発明はかかる例に限定されず，例えば，リニアグレーティング１５５により３以上の光に分離されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態にかかる光モジュールの概略構成を示す概略斜視図である。
【図２】本実施の形態に係るレンズ素子を示す説明図である。
【図３】本実施の形態に係るリニアグレーティングの構成について示す拡大断面図である。
【図４】本実施の形態にかかるリニアグレーティングが形成されたレンズ素子とＰＤ間の光路について示す説明図である。
【図５】従来の一芯双方向光通信用の送受信モジュールの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００              光モジュール
１１０              基板
１２０              発光素子（ＬＤ）
１３０              受光素子（ＰＤ）
１４０              波長分波器
１５０ａ，１５０ｂ  レンズ素子
１５１              レンズ形成面
１５２              レンズ部
１５３              リニアグレーティング形成面
１５５              リニアグレーティング
Ａ                  第１の波長の光
Ｂ                  第２の波長の光
【図１】
2007240938.tif 000003
【図２】
2007240938.tif 000004
【図３】
2007240938.tif 000005
【図４】
2007240938.tif 000006
【図５】
2007240938.tif 000007