(57)【要約】  本開示は、導光体における出力端６の傾斜した出力端面から出射された光を集光する第１のレンズ１と、第１のレンズ１によって集光された光を受光する受光素子２と、を備え、出力端面において受光素子２から最も離れた点Ｓ及び最も近い点Ｔを、第１のレンズ１の光軸に垂直な平面にそれぞれに投影し、投影されたそれぞれの点を結んだ方向を第１軸とし、第１軸及び前記第１のレンズ１の光軸と直交する軸を第２軸としたとき、受光素子２は、第１のレンズ１の光学中心１０に対して第１軸方向及び第２軸方向にずらした位置に配置される。
2021059390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光体における出力端の傾斜した出力端面から出射された光を集光する第１のレンズと、
前記第１のレンズによって集光された光を受光する受光素子と、を備え、
前記出力端面において前記受光素子から最も離れた点及び最も近い点を、前記第１のレンズの光軸に垂直な平面にそれぞれに投影し、投影されたそれぞれの点を結んだ方向を第１軸とし、前記第１軸及び前記第１のレンズの光軸と直交する軸を第２軸としたとき、前記受光素子は、前記第１のレンズの光学中心に対して前記第１軸方向及び前記第２軸方向にずらした位置に配置される、
受光素子モジュール。
【請求項２】
前記第１のレンズは、球面レンズである、
請求項１に記載の受光素子モジュール。
【請求項３】
前記第１のレンズ及び前記受光素子の間に、前記第１のレンズによって集光された光を集光する第２のレンズを備える、
請求項１又は請求項２に記載の受光素子モジュール。
【請求項４】
前記第２のレンズは、前記受光素子上に一体に形成される、
請求項３に記載の受光素子モジュール。
【請求項５】
前記第２のレンズの光学中心は、前記受光素子の中心位置に対し、前記第１軸及び前記第２軸の少なくともいずれかにずらして配置される、
請求項３又は請求項４に記載の受光素子モジュール。
【請求項６】
前記第２のレンズの光学中心は、前記受光素子の中心位置と一致させて配置される、
請求項３又は請求項４に記載の受光素子モジュール。
【請求項７】
前記導光体における出力端であり、傾斜した前記出力端面を有する入光部を備える、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の受光素子モジュール。
【請求項８】
前記出力端面から出射された光をコリメータ光に変換するコリメータレンズと、
前記コリメータ光を波長の異なる複数の光に分離させる分波器と、を備え、
複数の前記第１のレンズは、分離された前記複数の光をそれぞれ波長毎に集光し、
複数の前記受光素子は、前記第１のレンズによって集光された光を受光する、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の受光素子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、受光素子モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
受光素子モジュールは、例えば斜めに切断した端面をもつ光ファイバと、光ファイバから出た光を集光するためのレンズと、レンズによって集光された光を受光するための受光素子チップとを含む。光ファイバの傾斜端面の最下点をＳ、最上点をＴとし、ファイバ端面からの斜め出射角をα、受光素子チップとレンズ中心の距離をＬとしたとき、チップ中心Ｏをレンズ中心Ｈよりもファイバ端面の最下点Ｓの方向にＬｔａｎαだけ軸直角方向にずらし、ファイバ中心Ｑをレンズ中心よりもファイバ端面の最下点Ｓと反対の方向に軸直角方向よりずらした受光素子モジュールが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２７４７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、通信速度の高速化により、受光素子の受光径が１０μｍ程度と小さくなってきている。それに伴い、導光体の出力端、例えば光ファイバから出た光をより強く集光して、受光素子への集光径を小さくする必要があった。【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、レンズの光軸に対して受光素子の中心（光学中心位置又は光軸位置）のオフセット量を大きくすることにより、導光体の出力端への反射戻り光を抑制することはできるが、１軸のみずらしているため、オフセット量による光学収差の影響により、受光素子への集光径が大きくなるという課題があった。すなわち、受光素子への結合光量が低下してしまうという課題があった。【０００６】
本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、導光体の出力端への反射戻り光を抑制するとともに、受光素子への結合光量を向上できる受光素子モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示にかかる受光素子モジュールは、導光体における出力端の傾斜した出力端面から出射された光を集光する第１のレンズと、前記第１のレンズによって集光された光を受光する受光素子と、を備え、前記出力端面において前記受光素子から最も離れた点及び最も近い点を、前記第１のレンズの光軸に垂直な平面にそれぞれに投影し、投影されたそれぞれの点を結んだ方向を第１軸とし、前記第１軸及び前記第１のレンズの光軸と直交する軸を第２軸としたとき、前記受光素子は、前記第１のレンズの光学中心に対して前記第１軸方向及び前記第２軸方向にずらした位置に配置されるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、導光体の出力端への反射戻り光を抑制するとともに、受光素子への結合光量を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる受光素子モジュールの概略断面図。
【図２】実施の形態１にかかる受光素子の概略構成図。
【図３】実施の形態１にかかる受光素子モジュールを説明する模式図。
【図４】実施の形態１にかかる光学部品の概略構成図。
【図５】実施の形態１にかかる受光素子モジュールの模式図。
【図６】実施の形態１にかかるレンズの光学特性と焦点での入射角度との関係を示す図。
【図７】実施の形態１にかかるレンズ１の強度中心の入射角に対する光学収差量を示す関係図。
【図８】実施の形態１にかかる受光素子の配置位置に対する結合光量を示す関係図。
【図９】実施の形態１にかかる受光素子の配置位置に対する反射戻り光を示す関係図。
【図１０】実施の形態１にかかる受光素子の配置位置と、結合光量及び反射戻り光とを示す関係図。
【図１１】実施の形態２にかかる受光素子モジュールを示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる受光素子モジュールの概略断面図である。受光素子モジュール１００は、集光機能を有する第１のレンズ（以下、「レンズ１」という）、及びレンズ１で集光された光を受光する受光部２０を有する受光素子２を備える。受光素子モジュール１００は、さらに、受光素子２上に一体に形成され、集光機能を有した第２のレンズ（以下、「レンズ３」という）、レンズ１を固定するキャップ４、及びキャップ４が組み付けられる台座であるステム５を備える。レンズ３は、レンズ１によって集光された光を集光する。
【００１１】
レンズ１は、レンズ固定用のキャップ４に組み付けられ、固定される。レンズ１が固定されたキャップ４が、ステム５に組み付けられることによって、レンズ１はステム５上の所定の位置に配置される。
【００１２】
レンズ１は、導光体における出力端（例えば光ファイバ６）から出射された光束２００を集光する。光束２００は、光ファイバ６から出射された光束のうち、強度分布のピークである強度中心に該当する光２０１（図１には図示せず）を中心に広がる光束を示す。
【００１３】
光ファイバ６は、受光素子２により反射した光束２００が光ファイバ６に入射し、光ファイバ６内を伝搬しないように、出力端面が斜めに研磨されたものが使用される。すなわち、光ファイバ６の出力端面は、レンズ１の光軸に垂直な平面に対し、傾斜している。すなわち、光ファイバ６の出力端面は、受光素子２から最も離れた最上点及び最も近い最下点に向かう方向に傾斜している。
【００１４】
受光素子モジュール１００と光ファイバ６との相対位置は、光ファイバ６から出射された光束２００が受光素子２に効率よく結合するよう、別途調整及び固定されて使用される。その詳細は後述する。以下、受光素子モジュール１００及び光ファイバ６を合わせて光学部品と記す場合がある。
【００１５】
図２は、実施の形態１にかかる受光素子の概略構成図である。光ファイバ６から出射された光束２００は、レンズ３へ向かって進行し、レンズ３に集光される。レンズ３でさらに集光された光束２００は、受光素子２内の受光部２０へ向かって進行する。受光部２０は、光束２００が受光部２０上で最小集光径となるように、すなわちレンズ１及びレンズ３で集光され、受光部２０へ入射する光束２００のスポット径が最小となるように、受光素子２内に配置される。
【００１６】
受光部２０は、受光した光束２００を電気に変換するフォトダイオードを有する。受光部２０は、光束２００を伝送したい通信データに変調することによって、通信データの電気信号を得ることができる。
【００１７】
図３は、実施の形態１にかかる受光素子モジュールを説明する模式図である。図３に示す受光素子モジュールは、レンズ１の光軸上に光ファイバ６が配置される。
【００１８】
レンズ１の光学的な中心をレンズ１の光学中心１０という。また、光学中心１０を通り、レンズ１の光軸に垂直な面を光学的光軸面という。図３に示すように、レンズ１の光軸上に光ファイバ６が配置された場合、光束２００の集光点、すなわち、受光素子２はレンズ１の光軸上に配置される。
【００１９】
ここで、光ファイバ６の出力端面の最上点及び最下点を、レンズ１の光軸に垂直な平面、例えば光学的光軸面にそれぞれに投影し、投影されたそれぞれの点を結んだ方向を第１軸（以下、「Ｘ軸」という）とする。また、Ｘ軸及びレンズ１の光軸に直交する軸を第２軸（以下、「Ｙ軸」という）とする。
【００２０】
Ｘ軸及びＹ軸の交点を、レンズ１の光学中心１０と一致させた場合、Ｚ軸はレンズ１の光軸と一致する。また、ＸＹ平面は、レンズ１の光学的光軸面となる。
【００２１】
図３のＸ軸において、光ファイバ６の出力端面の最上点側を＋Ｘ軸方向、最下点側を−Ｘ軸方向とする。また、Ｚ軸において、光ファイバ６が設置されている方向を＋Ｚ軸方向、受光素子２が設置されている方向を−Ｚ軸方向とする。
【００２２】
光ファイバ６の出力端面の最上点は＋Ｘ軸側、最下点は−Ｘ軸側に位置していることから、光ファイバ６の出力端面は、＋Ｘ軸方向から−Ｘ軸方向に向かう方向に傾斜している。すなわち、光ファイバ６の出力端面は、−Ｘ軸方向に傾斜しているといえる。そのため、光２０１は、レンズ１の光学中心１０に対して−Ｘ軸側に進行した後、受光素子２へ入射する。ここで、光２０３は、光ファイバ６から出射された光束のうち、レンズの開口部１１に入射する光束を示す。光ファイバ６から出射された光束において、レンズ１の開口部１１に入射した光２０３は、レンズ１で集光され、受光素子２へ入射するが、開口部１１外に出射された光は、レンズ１で集光されないため、受光素子２へも入射しない。
【００２３】
レンズ１の光軸上に光ファイバ６が配置された場合、レンズ１によって発生する光学収差は最も小さくなるため、受光素子２での集光径が最も小さくなる。すなわち、レンズ１の光軸及び光ファイバ６を一致させた場合、受光素子２に対する光束２００の結合が最良となる。ここで、光学収差とは、レンズ１で集光された光２０３が、受光素子２に入射する際に１点に集束せず、歪んだりぼやけたりすることを指す。
【００２４】
一方、受光素子２及び受光部２０の少なくともいずれかが平面で形成されている場合、光２０１は、受光素子２に対して角度θ１で入射し、角度θ１で反射する。このことから、光２０１が入射する時の角度θ１が小さいと、反射した時の光２０１の角度θ１も小さくなる。これにより、反射した光２０１は、レンズ１の開口部１１に進行し、レンズ１で集光され、光通信の送信装置として用いられる半導体レーザ側に反射戻り光として導光されてしまう。
【００２５】
このような反射戻り光を抑制するため、受光素子２に対する光２０１の入射角θ１を大きくすることにより、受光素子２で反射された光２０１の出射角θ１を大きくし、光ファイバ６に到達する光束２００を最小限とする。
【００２６】
図４は、実施の形態１にかかる光学部品の概略構成図であり、図４（ａ）は、光学部品の配置を示す概略斜視図、図４（ｂ）は、光学部品の配置を示す概略上面図である。
【００２７】
図４（ｂ）の矢印αは、光ファイバ６の傾斜方向を示す。上述のように、光ファイバ６の出力端面は−Ｘ軸方向に傾斜している。光ファイバ６から出射された光束２００は、光ファイバ６の出力端面の傾斜に従って、−Ｘ軸方向へ出射される。点Ｐは、レンズ１の光学的光軸面と光２０１との交点である。
【００２８】
受光素子２は、レンズ１の光軸と垂直な平面において、光学中心１０に対し、Ｘ軸方向にｄＸ１、Ｙ軸方向にｄＹ１ずらして配置される。ｄＸ１及びｄＹ１は、それぞれ受光素子２のオフセット量である。すなわち、図４（ｂ）において、受光素子２の位置ベクトルＤのＸ成分がｄＸ１、Ｙ成分がｄＹ１である。また、光ファイバ６から出射された光２０１が到達する座標が、ｄＸ１及びｄＹ１とも言える。
【００２９】
上述のように、光ファイバ６の出力端面の傾斜に従って、−Ｘ軸方向へ出射された光束２００は、レンズ１で集光され、受光素子２へ進行する。そして、光学中心１０に対し、Ｘ軸方向にｄＸ１、Ｙ軸方向にｄＹ１ずらして配置された受光素子２に入射し、受光部２０で受光される。
【００３０】
図５は、実施の形態１にかかる受光素子モジュールの模式図であり、図５（ａ）は、図４（ａ）をＹ軸方向から見た図、図５（ｂ）は、図４（ａ）をＸ軸方向から見た図である。受光素子モジュール１００において、受光素子２は、光学中心１０に対して−Ｘ軸方向ｄＸ１、−Ｙ軸方向にｄＹ１ずらして配置される。
【００３１】
図５（ａ）に示すように、光軸２０２は光学中心１０を通る。光２０１は、光ファイバ６が−Ｘ軸方向に傾斜しているため、光学中心１０に対して−Ｘ軸方向に出射される。光２０１は、角度θ１（ｘ）で受光素子２に入射し、角度θ１（ｘ）で反射する。受光素子２で反射した光２０１、すなわち反射戻り光は、開口部１１の外側を通るため、光ファイバ６へ入射しない。光２０３は、レンズ１の開口部１１に入射する光束を示す。
【００３２】
レンズ１の開口部１１の外側に出射された光２０４は、レンズ１に集光されない。そのため、−Ｘ軸側の光２０４の領域は、光２０１に近く光強度も大きいが、受光素子２には入射しない。
【００３３】
受光素子２を、光学中心１０に対してオフセット量ｄＸ１及びｄＹ１ずらして配置することにより、光ファイバ６への反射戻り光を抑制するとともに、受光素子２への結合光量を向上させることはできるが、オフセット量の合計、すなわちｄＸ１及びｄＹ１の合計を大きくしすぎると、光２０４の領域が大きくなるため、光量を損失し、受光素子２への結合光量が小さくなる。ここで、結合光量とは、光ファイバ６から出射された光のうち、レンズ１で集光され、受光素子２へ入射した光の光量を指す。
【００３４】
図５（ｂ）も図５（ａ）と同様に、光軸２０２は光学中心１０を通る。光２０１は、光学中心１０に対して＋Ｙ軸側に出射され、角度θ１（ｙ）で受光素子２に入射し、角度θ１（ｙ）で反射する。
【００３５】
図６は、実施の形態１にかかるレンズの光学特性と焦点での入射角度との関係を示す図である。点Ｃは、光ファイバ６の出射点（光点）を示し、点Ｄは、レンズ１の焦点を示す。光２０５は、光軸を光軸２０２とする点Ｃから出射された光束内の、任意の光線を示す。光２０５は、出射角θ２の光線である。レンズ１の光学中心１０は、Ｚ軸と、Ｚ軸に垂直な任意の軸との交点と一致する。Ｚ軸に垂直な任意の軸は、レンズ１の光学的光軸面と一致する。
【００３６】
レンズ１の光学的光軸面から点Ｃまでの高さをａ、レンズ１の光軸から点Ｃまでをａ’とする。ａ’は点Ｃのずれ量、すなわち光ファイバ６のオフセット量である。また、光学的光軸面から点Ｄまでの高さをｂ、レンズ１の光学中心１０から点Ｄまでをｂ’とする。ｂ’は点Ｄのずれ量、すなわち受光素子２のオフセット量である。ａ/ｂは、光学特性、すなわち光学倍率である。
【００３７】
受光素子２に対して、光２０５は角度θ３で入射する。光２０５は、受光素子２によって角度θ３で反射する。受光素子２によって反射した光２０５は、反射戻り光である。受光素子２で反射した光２０５が、レンズ１の開口部１１に入射すると、レンズ１によって集光され、光ファイバ６へ入射する。
【００３８】
そこで、受光素子モジュール１００では、光２０５を強度中心である光２０１としたとき、反射戻り光がレンズ１の開口部１１より外側の領域を通るように角度θ３を設定する。この条件を満たす角度θ３となるように、ａ、ａ’、ｂ、及びｂ’を求め、受光素子２を配置する。
【００３９】
図５（ａ）、図５（ｂ）、及び図６で説明したように、光ファイバ６の出力端面からレンズ１の開口部１１の外側に出射される光２０４を減らすとともに、受光素子２又は受光部２０で反射した光２０１がレンズ１の開口部１１に入射しない角度θ３となるように、受光素子２のオフセット量ｄＸ１及びｄＹ１を設定する。
【００４０】
図７は、実施の形態１にかかるレンズ１の強度中心の入射角に対する光学収差量を示す関係図であり、縦軸は光学収差量、横軸はＸ軸に対する光２０１の入射角を示す。光学収差量は、受光素子２に対する光２０３の集光径として、Ｘ軸に対する光の入射角は、オフセット量ｄＸ１と同義として扱うことができる。
【００４１】
図７に示すように、Ｘ軸に対する光２０１の入射角が大きくなるほど、すなわち受光素子２のｄＸ１が大きくなるほど、光学収差量、すなわち集光径は２次関数的に大きくなる。例えば、図７において、入射角が４°の場合、光学収差量は約０．３波長であるが、入射角が８°の場合、光学収差量は約０．９波長となる。受光素子２に対する集光径が大きくなるほど結合光量が少なくなることから、オフセット量ｄＸ１が大きくなるほど、受光素子２への結合光量が少なくなる。
【００４２】
図８は、実施の形態１にかかる受光素子の配置位置に対する結合光量を示す関係図であり、縦軸はＸ軸、横軸はＹ軸を示す。図８中に図示しないが、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれ０ｍｍとなる位置は、レンズ１の光学中心１０である。図８は、出力端面の傾斜が０．６°の光ファイバ６を用いた時のシミュレーション結果の一例である。
【００４３】
図８において、Ａ１領域の結合光量は０．９９５−１（各光学部品の表面反射光量を除き、光２０３がすべて受光部２０で受光された場合の結合光量を１としたときの相対値、以下同様）、Ａ２領域からＡ１領域を除いた領域、すなわちＡ１領域外側のドーナツ状の領域の結合光量は０．９９―０．９９５、Ａ３領域からＡ２領域を除いた領域、すなわちＡ２領域外側のドーナツ状の領域の結合光量は０．９８５―０．９９、図８におけるＡ３領域の外側の領域の結合光量は０．９８―０．９８５である。
【００４４】
図８において、例えばレンズ１の光学中心１０に対して受光素子２をＸ軸方向に−０．２２ｍｍ、Ｙ軸方向に０．１ｍｍずらして配置した場合、受光素子モジュール１００の結合光量は０．９９５−１である。
【００４５】
図５(ａ)で説明したように、光ファイバ６から出射された光２０１は−Ｘ軸方向に向かっているため、図８に示すように、結合光量が最も大きい領域は−Ｘ軸方向にずれる。また、楕円の＋Ｘ軸側（図中の上半分）に比べて、楕円の−Ｘ軸側（図中の下半分）の方が横に伸びた形状である。すなわち、楕円の＋Ｘ軸側の曲率と比較して、−Ｘ軸側の曲率のほうが緩やかであり、＋Ｘ軸側と−Ｘ軸側とで非対称な彗星形状となる。
【００４６】
このことから、受光素子２を−Ｘ軸側にずらした場合は、＋Ｘ軸側にずらした場合と比較して、結合光量が低下しやすいことがわかる。また、受光素子２をＸ軸側にずらした場合は、Ｙ軸側にずらした場合と比較して、結合光量が低下しやすいことがわかる。
【００４７】
ここで、図８において、＋Ｘ軸方向に向かうにつれて結合光量が減少しているのは、オフセット量が大きくなることによって、光２０１側の光２０４の領域が大きくなり、光量を損失しているためである。また、−Ｘ軸方向に向かうにつれて結合光量が減少しているのは、光学収差の影響で、受光素子２に入射した光２０３にぼやけ、歪み等が生じたため、受光部２０で受光する光２０３の光量が減少したためある。
【００４８】
±Ｙ軸側で結合光量が減少している領域は、光２０４による光量の損失及び光学収差の影響によるものである。
【００４９】
図７から、レンズ１の光学中心１０に対して、受光素子２をＸ軸方向のみにずらした場合、受光素子２への結合光量が２次関数的に少なくなることから、Ｘ軸方向のみにずらしただけでは、反射戻り光の抑制を維持したまま、受光素子２への結合光量を向上させることは難しいことがわかった。
【００５０】
また、図８において、受光素子２のオフセット量ｄＸ１を０．２６とした場合、すなわちレンズ１の光学中心１０に対して受光素子２を−Ｘ軸方向にのみ０．２６ｍｍずらした場合、結合光量は０．９８−０．９８５である。一方、オフセット量の合計が同じであっても、オフセット量ｄＸ１を０．１６、ｄＹ１を０．１とした場合、結合光量は０．９９５−１である。
【００５１】
図７及び図８から、必要なオフセット量の合計が一定の場合、Ｘ軸方向のみにずらした場合よりも、Ｘ軸方向及びＹ軸両方にずらした場合のほうが、光学収差量の合計が比較的小さくなり、受光素子２への結合光量も向上できる。
【００５２】
したがって、受光素子２を、光学中心１０に対してＸ軸方向及びＹ軸方向両方にずらすことにより、受光素子２への集光径の拡大を抑えつつ、すなわち、高い結合光量を維持しつつ、光ファイバ６から出射された光２０３のレンズ１の光学中心１０に対するオフセット量の合計を大きくすることができる。
【００５３】
図９は、実施の形態１にかかる受光素子の配置位置に対する反射戻り光を示す関係図であり、縦軸はＸ軸、横軸はＹ軸を示す。図９中に図示しないが、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれ０ｍｍとなる位置は、レンズ１の光学中心１０である。図８と同様に、出力端面の傾斜が０．６°の光ファイバ６を用いた時のシミュレーション結果の一例である。
【００５４】
図９において、Ｂ１領域の反射戻り光は０．８―１（光ファイバ６に反射戻り光がなかった場合を０としたときの、光２０３に対する反射戻り光の相対値、以下同様）、Ｂ２領域からＢ１領域を除いた領域、すなわちＢ１領域外側のドーナツ状の領域の反射戻り光は０．６―０．８、Ｂ３領域からＢ２領域を除いた領域、すなわちＢ２領域外側のドーナツ状の領域の反射戻り光は０．４―０．６、Ｂ４領域からＢ３領域を除いた領域、すなわちＢ３領域外側のドーナツ状の領域の反射戻り光は０．２―０．４、図９におけるＢ４領域外側の領域の反射戻り光は０−０．２である。
【００５５】
図９において、例えばレンズ１の光学中心１０に対して受光素子２をＸ軸方向に−０．２８ｍｍ、Ｙ軸方向に０．１ｍｍずらして配置した場合、受光素子モジュール１００の反射戻り光の相対値は０．８―１である。
【００５６】
反射戻り光の多い領域は、レンズ１の光学中心１０に対して−Ｘ軸方向にずれる。ただし、結合光量と異なり、＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向とで対称な形状となっている。
【００５７】
図１０は、実施の形態１にかかる受光素子の配置位置と、結合光量及び反射戻り光とを示す関係図であり、図８及び図９を重ねた図である。縦軸はＸ軸、横軸はＹ軸を示す。Ｘ軸及びＹ軸の交点は、レンズ１の光学中心１０である。
【００５８】
図１０において、図８におけるＡ１領域の内側、及び図９におけるＢ４領域の外側である領域４００は、受光素子２への結合光量がより大きく、光ファイバ６への反射戻り光がより少なくなる領域を示している。
【００５９】
すなわち、領域４００で示された位置となるようにオフセット量ｄＸ１及びｄＹ１の値を選択し、受光素子２を当該位置に配置すれば、受光素子２へのより高い結合光量が得られるとともに、光ファイバ６へのより低い反射戻り光とできる。
【００６０】
このように、導光体における光ファイバ６の傾斜した出力端面から出射された光を集光するレンズ１と、レンズ１によって集光された光を受光する受光素子２と、を備え、出力端面において受光素子２から最も離れた点及び最も近い点を、レンズ１の光軸に垂直な平面にそれぞれに投影し、投影されたそれぞれの点を結んだ方向を第１軸とし、第１軸及びレンズ１の光軸と直交する軸を第２軸としたとき、受光素子２は、レンズ１の光学中心１０に対して第１軸方向及び第２軸方向にずらした位置に配置されるものである。
【００６１】
上述の構成により、光ファイバ６への反射戻り光を抑制するとともに、受光素子２への結合光量を向上できる。
【００６２】
実施の形態２．
図１１は、実施の形態２にかかる受光素子モジュールを示す概略構成図であり、実施の形態１と同じ符号を付けたものは、同一又は対応する構成を示している。受光素子モジュール１１０は、複数のレンズ１、ステム５上に配置された複数の受光素子２、コリメータレンズ７、及び分波器８を備える。受光素子モジュール１１０は、例えば多波長受光素子モジュールであり、４つの波長の光が混合された光通信に用いられる。
【００６３】
コリメータレンズ７は、光ファイバ６から出射された光束２００を、コリメータ光３００に変換する。
【００６４】
分波器８は、コリメータ光３００を波長ごと、例えば４つの波長の光２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ（以下、合わせて「光２１０」という）に分離する。
【００６５】
受光素子モジュール１１０は、分波器８によって分離された光２１０ごとに、複数のレンズ１及び複数の受光素子２を備える。図１１では、４つの波長に分離されるため、レンズ１及び受光素子２はそれぞれ４つずつ配置される。
【００６６】
実施の形態１と同様に、光２１０ａの強度中心を示す光２１１（図１１には図示せず）が到達する座標を、レンズ１ａの光学中心１０ａ（図１１には図示せず）に対してＸ軸方向にｄＸ３ａ、Ｙ軸方向にｄＹ３ａずらして、受光素子２ａを配置すればよい。受光素子２ｂ〜ｄも同様である。複数の受光素子２ａ〜ｄは、ステム５上に配置される。
【００６７】
このように、受光素子モジュール１１０は、光ファイバ６の出力端面から出射された光束２００が入射し、光束２００をコリメータ光３００に変換するコリメータレンズ７と、コリメータ光３００が入射し、コリメータ光３００を波長の異なる複数の光２１０に分離させる分波器８と、をさらに備え、複数のレンズ１は、分離された複数の光２１０をそれぞれ波長毎に集光し、複数の受光素子２は、レンズ１によって集光された光２１０を受光するものである。
【００６８】
上述の構成により、分波器８によって分離された光２１０のそれぞれに対して、光ファイバ６への反射戻り光を抑制するとともに、受光素子２への結合光量を向上できる。
【００６９】
なお、本開示において、受光素子モジュール１００、１１０に、構成要素として光ファイバ６を含んでもよい。その場合、光ファイバ６は受光素子モジュール１００、１１０の入光部と呼んでもよい。入光部は、導光体の端部を構成し、傾斜した出力端面を有するものである。受光素子モジュール１００、１１０の入光部としての光ファイバ６は、光通信等に用いられる導光体本体と必ずしも一体でなくてよく、設置された状態において光学的に接着されていれば、別体でもよい。
【００７０】
また、受光素子モジュール１００、１１０に入光部を備えず、入光部の出力端面を所定の向き及び位置に固定するための固定部のみを備える構成でもよいが、入光部の傾斜端面の位置決め精度の観点からは、入光部を含めてパッケージされるのがより好ましい。
【００７１】
また、導光部の出力端を光ファイバ６とする例を示したが、これに限られず、半導体レーザ等、光ファイバ６と同様の機能を有するものを出力端としてもよい。
【００７２】
また、レンズ１の光学中心１０に対して、受光素子２を−Ｘ軸方向及び−Ｙ軸方向にずらして配置し、それに伴い光ファイバ６を＋Ｘ軸方向及び＋Ｙ軸方向にずらした例を示したが、例えば、受光素子２を−Ｘ軸方向及び＋Ｙ軸方向にずらすとともに、光ファイバ６を＋Ｘ軸方向及び−Ｙ軸方向にずらして配置してもよい。すなわち、レンズ１の光学中心１０を原点とする受光素子２の位置ベクトルが、ＸＹ平面において傾斜方向成分だけでなく傾斜方向の直交方向成分を有するように受光素子２を配置すればよい。
【００７３】
また、レンズ１、３を備えることにより、光２０３の集光パワーをレンズ１、３に分割させ、レンズ１の光学的光軸面に対する光学収差の影響を分割させることができるが、レンズ１だけで光学収差による影響、例えば受光素子２への結合光量の低下及び光ファイバ６への反射戻り光量のバランスがとれる場合は、レンズ３を省略することも可能である。しかしながら、集光パワーを分割することにより、オフセット量に対する光学収差の影響を小さくできるため、レンズ１及び受光素子２の間にレンズ３を有する構成の方がより好ましい。
【００７４】
また、レンズ１、３の少なくともいずれかを、球面レンズとしてもよい。レンズ１、３の曲面形状を加工し、光学収差を補正するものとすることによって、光学収差の影響を小さくできるが、加工が難しくなりコストがかかる。しかしながら、受光素子モジュール１００、１１０は、受光素子２の配置によって光学収差の影響による結合光量の低下を抑制しつつ、反射戻り光を低減できるため、加工を施していない球面レンズであってもよく、コストダウンが図れる。
【００７５】
また、レンズ３を備える場合、受光素子２をレンズ３の光学中心に対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にずらして配置してもよい。Ｘ軸方向のオフセット量をｄＸ２、Ｙ軸方向のオフセット量をｄＹ２とした時、レンズ３における領域４００を求め、オフセット量ｄＸ２及びｄＹ２の値を選択すればよい。ただし、ｄＸ２及びｄＹ２によるオフセット量が誤差の範囲内である場合には、製造の容易さを優先して受光素子２の中心位置の直上にレンズ３を配置すればよい。
【００７６】
また、レンズ３のオフセット量ｄＸ２又はｄＹ２の一方のみによって反射戻り光が十分抑制される場合は、もう一方を０とした方が光学収差量は最小限に抑えられる。すなわち、レンズ３の光学中心は、受光素子２の中心位置に対し、Ｘ軸方向及び前Ｙ軸方向の少なくともいずれかにずらして配置すればよい。
【００７７】
また、レンズ１のオフセット量ｄＸ１及びｄＹ１によって、反射戻り光が十分抑制される場合、レンズ３のオフセット量ｄＸ２及びｄＹ２は、それぞれ０とした方が光学収差量は最小限に抑えられる。すなわち、レンズ３の光学中心は、受光素子２の中心位置と一致させて配置すればよい。
【００７８】
また、レンズ３は、受光素子２上に直接形成されることに限定されず、別体であっても良い。ただし、構造が複雑化するため、例えば、別体で作製したレンズ３を受光素子２上に接着する形態とするほうが良い。
【００７９】
また、レンズ３を有する場合には、レンズ３の集光特性を加味して、オフセット量ｄＸ１及びｄＹ１設定し、受光素子２を配置してもよい。
【００８０】
また、キャップ４及びステム５を別体とする例を示したが、一体であってもよい。
【００８１】
また、ステム５に光ファイバ６の出力端面の傾斜方向を示す切り欠きを形成すれば、ステム５上に受光素子２が配置されていない状態でも、光ファイバ６の設置方向を確認できる。
【符号の説明】
【００８２】
１、３  レンズ、２  受光素子、４  キャップ、５  ステム、６  光ファイバ、
７  コリメータレンズ、８  分波器、１０  光学中心、１１  開口部、２０  受光部、
１００、１１０  受光素子モジュール、２００  光束、
２０１、２０３、２１０、２１１  光、２０２  光軸、３００  コリメータ光、
４００  領域。
【図１】
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【図２】
2021059390.tif 000004
【図３】
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【図４】
2021059390.tif 000006
【図５】
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【図６】
2021059390.tif 000008
【図７】
2021059390.tif 000009
【図８】
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【図９】
2021059390.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年4月28日(2021.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光体における出力端の傾斜した出力端面から出射された光を集光する第１のレンズと、
前記第１のレンズによって集光された光を受光する受光素子と、を備え、
前記出力端面において前記受光素子から最も離れた点及び最も近い点を、前記第１のレンズの光軸に垂直な平面にそれぞれ投影し、投影されたそれぞれの点を結んだ方向を第１軸とし、前記第１軸及び前記第１のレンズの光軸と直交する軸を第２軸とし、さらに前記第１軸方向のうち前記出力端面の前記受光素子から最も離れた点の側をプラス側、最も近い点の側をマイナス側としたとき、前記受光素子は、前記平面において、前記出力端面から出射される光束の強度中心が到着する位置であって、前記第１のレンズの光学中心に対して前記第１軸方向のマイナス側及び前記第２軸方向にずらした側に配置される、
受光素子モジュール。
【請求項２】
前記第１のレンズは、球面レンズである、
請求項１に記載の受光素子モジュール。
【請求項３】
前記受光素子は、前記平面における前記受光素子の配置位置ごとの結合光量を示す第１の図と、前記平面における前記受光素子の配置位置ごとの反射戻り光の大きさを示す第２の図とを重ねた第３の図において、前記結合光量が予め定められた光量以上となる領域であって、かつ前記反射戻り光が予め定められた光量未満となる領域に含まれる位置に配置される、
請求項１又は請求項２に記載の受光素子モジュール。
【請求項４】
前記受光素子の受光径が１０μｍ以下である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の受光素子モジュール。
【請求項５】
前記第１のレンズ及び前記受光素子の間に、前記第１のレンズによって集光された光を集光する第２のレンズを備える、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の受光素子モジュール。
【請求項６】
前記受光素子は、前記第１のレンズ及び前記第２のレンズによって集光された光束のスポット径が当該受光素子上において最小となる位置に配置される、
請求項５に記載の受光素子モジュール。
【請求項７】
前記第２のレンズは、前記受光素子上に一体に形成される、
請求項５又は請求項６に記載の受光素子モジュール。
【請求項８】
前記第２のレンズの光学中心は、前記受光素子の中心位置に対し、前記第１軸及び前記第２軸の少なくともいずれかにずらして配置される、
請求項５〜７のいずれか１項に記載の受光素子モジュール。
【請求項９】
前記第２のレンズの光学中心は、前記受光素子の中心位置と一致させて配置される、
請求項５〜７のいずれか１項に記載の受光素子モジュール。
【請求項１０】
前記導光体における出力端であり、傾斜した前記出力端面を有する入光部を備える、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の受光素子モジュール。
【請求項１１】
前記出力端面から出射された光をコリメータ光に変換するコリメータレンズと、
前記コリメータ光を波長の異なる複数の光に分離させる分波器と、
を備え、
前記第１のレンズおよび前記受光素子は、分離された前記複数の光のそれぞれに対応して複数設けられ、
複数の前記第１のレンズは、分離された前記複数の光をそれぞれ波長毎に集光し、
複数の前記受光素子は、対応する前記第１のレンズによって集光された光をそれぞれ受光し、
複数の前記受光素子はそれぞれ、前記平面において、分離後の光束の強度中心が到着する位置であって、対応する前記第１のレンズの光学中心に対して前記第１軸方向のマイナス側及び前記第２軸方向にずらした位置に配置される、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の受光素子モジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本開示にかかる受光素子モジュールは、導光体における出力端の傾斜した出力端面から出射された光を集光する第１のレンズと、第１のレンズによって集光された光を受光する受光素子と、を備え、出力端面において受光素子から最も離れた点及び最も近い点を、第１のレンズの光軸に垂直な平面にそれぞれ投影し、投影されたそれぞれの点を結んだ方向を第１軸とし、第１軸及び第１のレンズの光軸と直交する軸を第２軸とし、さらに第１軸方向のうち出力端面の受光素子から最も離れた点の側をプラス側、最も近い点の側をマイナス側としたとき、受光素子は、平面において、出力端面から出射される光束の強度中心が到着する位置であって、第１のレンズの光学中心に対して第１軸方向のマイナス側及び第２軸方向にずらした側に配置されるものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
図７に示すように、Ｘ軸に対する光２０１の入射角が大きくなるほど、すなわち受光素子２のｄＸ１が大きくなるほど、光学収差量、すなわち集光径は２次関数的に大きくなる。例えば、図７において、入射角が４°の場合、光学収差量は約０．０３波長であるが、入射角が８°の場合、光学収差量は約０．０９波長となる。受光素子２に対する集光径が大きくなるほど結合光量が少なくなることから、オフセット量ｄＸ１が大きくなるほど、受光素子２への結合光量が少なくなる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2021059390.tif 000014
【国際調査報告】
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2021059390.tif 000016
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