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WO2011135877A1 - 光学素子及びそれを備える光学装置 - Google Patents

光学素子及びそれを備える光学装置 Download PDF

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Publication number
WO2011135877A1
WO2011135877A1 PCT/JP2011/051541 JP2011051541W WO2011135877A1 WO 2011135877 A1 WO2011135877 A1 WO 2011135877A1 JP 2011051541 W JP2011051541 W JP 2011051541W WO 2011135877 A1 WO2011135877 A1 WO 2011135877A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
optical
exit
entrance
optical element
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/051541
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宏和 田中
Original Assignee
日本電気硝子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電気硝子株式会社 filed Critical 日本電気硝子株式会社
Publication of WO2011135877A1 publication Critical patent/WO2011135877A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4214—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element having redirecting reflective means, e.g. mirrors, prisms for deflecting the radiation from horizontal to down- or upward direction toward a device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4249—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres

Definitions

  • the present invention relates to an optical element and an optical device including the same.
  • the present invention relates to an optical element used for optical coupling between an optical fiber and a light receiving and emitting element in an optical apparatus using an optical fiber, and an optical apparatus including the same.
  • optical devices using optical fibers have attracted a great deal of attention as devices that can realize high-speed data transfer.
  • light corresponding to the input data is emitted from the light emitting element.
  • the emitted light propagates through the optical fiber, is guided to the light receiving element, and is converted into an electric signal again in the light receiving element.
  • the coupling between the light emitting / receiving element and the optical fiber is performed by an optical element called an optical interconnector.
  • the optical axis of the light emitting / receiving element mounted on the circuit board is parallel to the normal direction of the circuit board. For this reason, for example, when optical coupling between an optical fiber and a light receiving and emitting element is performed using a condensing lens, the end of the optical fiber is provided perpendicular to the circuit board, and the optical fiber and the optical fiber are received and received. It is necessary to dispose a condensing lens between the light emitting element. Further, the optical fiber cannot be bent with a high curvature. Therefore, there is a problem that the height of the optical device becomes large and it is difficult to reduce the height of the optical device.
  • the optical device 200 described in Patent Document 1 includes a connector 201.
  • the connector 201 has a connector body 202 made of a transparent resin and formed integrally.
  • the connector body 202 has a convex lens-shaped light receiving surface 202 a that receives light from the optical element 204 provided on the circuit board 203.
  • the connector main body 202 is formed with an optical fiber bottomed hole 202 c in which the tip of the optical fiber 205 is inserted and fixed in parallel with the circuit board 203.
  • the connector main body 202 is formed with a reflection surface 202b for guiding the light from the optical element 204 to the tip of the optical fiber 205 inserted into the optical fiber bottomed hole 202c.
  • a reflective film (not shown) is formed on the reflective surface 202b.
  • the optical fiber 205 can be disposed in parallel with the circuit board. Therefore, the height of the optical device 200 can be reduced.
  • the connector main body 202 is made of resin, and the light receiving surface 202a is formed in a convex lens shape. Unlike FIG. 9, actually, the light receiving surface that receives light from the optical element 204 is received. The distance between 202a and the optical element 204 becomes long, and there is a problem that it is difficult to sufficiently reduce the height.
  • the present invention has been made in view of such points, and an object thereof is an optical element used for optical coupling between an optical fiber and a light emitting / receiving element in an optical device using an optical fiber,
  • An object of the present invention is to provide an optical element that can be reduced in height.
  • the first optical element according to the present invention is an optical device including a light emitting / receiving element and an optical fiber having an optical axis at a tip portion perpendicular to the optical axis of the light receiving / emitting element.
  • the present invention relates to an optical element made of glass used for bonding.
  • the first optical element according to the present invention includes a first light input / output surface, a second light input / output surface, and a light reflecting surface.
  • the first light entrance / exit surface faces the light emitting / receiving element.
  • the second light entrance / exit surface faces the optical fiber.
  • the light reflecting surface reflects light incident from one of the first and second light input / output surfaces to the other side of the first and second light input / output surfaces.
  • the second light entrance / exit surface has a lens surface portion having a positive optical power.
  • the first optical element according to the present invention a lens surface portion having positive optical power is formed on the second light entrance / exit surface on the optical fiber side. For this reason, it is possible to reduce the beam diameter on the first light entrance / exit surface on the light emitting / receiving element side. Furthermore, since the first optical element according to the present invention is made of glass, the refractive index of the optical element can be increased. Accordingly, the distance between the first light entrance / exit surface and the light emitting / receiving element can be shortened. Therefore, by using the first optical element according to the present invention, the height of the optical device can be reduced.
  • the “light emitting / receiving element” is a general term for a light receiving element and a light emitting element. That is, the “light emitting / receiving element” includes “light receiving element” and “light emitting element”.
  • optical coupling between the optical fiber and the light receiving / emitting element means that the light emitted from the optical fiber is focused on the light receiving surface of the light receiving element, or the light from the light emitting element is To focus on the end face.
  • light entrance / exit surface is a general term for “light entrance surface” and “light exit surface”. That is, the “light entrance / exit surface” includes a “light entrance surface” and a “light exit surface”.
  • the second optical element according to the present invention relates to a glass optical element used for optical coupling between an optical fiber and a light emitting / receiving element.
  • the second optical element according to the present invention has first and second light entrance / exit surfaces and a light reflection surface.
  • the light reflecting surface reflects light incident from one of the first and second light input / output surfaces to the other side of the first and second light input / output surfaces.
  • the second light entrance / exit surface has a lens surface portion having a positive optical power.
  • the first optical element on the light emitting / receiving element side is the same as the first optical element according to the present invention.
  • the light beam diameter on the light entrance / exit surface can be reduced.
  • the second optical element according to the present invention is also made of glass, the refractive index of the optical element can be increased. Accordingly, the distance between the first light entrance / exit surface and the light emitting / receiving element can be shortened. Therefore, the height of the optical device can be reduced by using the second optical element according to the present invention.
  • the lens surface portion is preferably formed in a shape such that light incident from the lens surface portion is focused on the first light entrance / exit surface.
  • the light emitting / receiving element can be disposed immediately above the first light entrance / exit surface of the optical element. In other words, the clearance between the first light entrance / exit surface and the light emitting / receiving element can be made zero. Therefore, by using the optical element having this configuration, the height of the optical device can be further reduced.
  • each of the first and second light entrance / exit surfaces preferably has a lens surface portion having a positive optical power.
  • the distance between the first light input / output surface portion and the light emitting / receiving element can be further shortened. Therefore, by using the optical element having this configuration, the height of the optical device can be further reduced.
  • the refractive index (nd) with respect to the d-line of each of the first and second optical elements according to the present invention is 1.75 or more.
  • light can be largely refracted at each of the first and second light entrance / exit surfaces. Therefore, the distance between the first light entrance / exit surface and the light emitting / receiving element can be further shortened.
  • the “d-line” is a light beam having a wavelength of 588 nm.
  • a plurality of lens surface portions are formed in an array.
  • a plurality of optical fibers can be optically coupled to the light emitting / receiving element with one optical element.
  • the optical element preferably further includes a reflection suppressing film formed on each of the first and second light entrance / exit surfaces.
  • the light reflectivity at the first and second light incident surfaces can be reduced. Therefore, by using the first or second optical element according to the present invention, the light propagation loss in the optical device can be reduced.
  • the optical element is preferably formed by a mold press. In that case, the optical element can be manufactured at low cost. Moreover, since the ridgeline part and corner
  • the optical element has first and second light entry / exit surfaces and a light reflection surface as side surfaces, and the second light entry / exit surface and the light reflection surface It is preferable that the corner
  • the optical element can be reduced in height and weight, by using this optical element, the optical device can be further reduced in height and weight.
  • the surface formed at the corner formed by the second light entrance / exit surface and the light reflecting surface is used as a contact surface with respect to the folder, so that the optical element and the folder are And positioning with ease.
  • the corner portion constituted by the first light entrance / exit surface and the light reflection surface is chamfered.
  • the optical device can be further reduced in size and weight by using this optical element.
  • irregularities are formed in a portion other than the portion located on at least one of the first and second light entry / exit surfaces and the light reflection surface.
  • the adhesive is applied to a portion other than the portion located on the optical path. By this, it can suppress that an adhesive agent flows in into the part located on an optical path.
  • the optical element and the folder can be positioned by forming, in the folder, irregularities having a shape corresponding to the irregularities formed on at least one of the first and second light entrance / exit surfaces and the light reflecting surface. It becomes easy.
  • the optical device includes a light emitting / receiving element, an optical fiber, and an optical element made of glass.
  • the optical axis of the tip of the optical fiber is perpendicular to the optical axis of the light emitting / receiving element.
  • the optical element optically couples the light emitting / receiving element and the optical fiber.
  • the optical element includes a first light entrance / exit surface, a second light entrance / exit surface, and a light reflection surface.
  • the first light entrance / exit surface faces the light emitting / receiving element.
  • the second light entrance / exit surface faces the optical fiber.
  • the light reflecting surface reflects light incident from one of the first and second light input / output surfaces to the other side of the first and second light input / output surfaces.
  • the second light entrance / exit surface has a lens surface portion having a positive optical power.
  • the optical device according to the present invention includes the first or second optical element according to the present invention. For this reason, in the optical device according to the present invention, the height dimension can be reduced.
  • an optical element that is used for optical coupling between an optical fiber and a light emitting / receiving element in an optical device using an optical fiber, and can reduce the height of the optical device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of an optical element according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a part of the optical device according to the first comparative example.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a part of the optical device according to the second comparative example.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a part of the optical device according to the third comparative example.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a part of an optical device according to a fourth comparative example.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a part of the optical device according to the first modification.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a part of the optical device according to the second modification.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the optical device described in Patent Document 1.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an optical device according to a third modification.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view of an optical element according to a fourth modification.
  • FIG. 12 is a schematic exploded perspective view of a part of the optical device according to the fourth modification.
  • FIG. 13 is a schematic side view of a part of the optical device according to the fourth modification.
  • FIG. 14 is a schematic view of the XIV in FIG.
  • optical devices shown in FIGS. 1, 7, and 8 are merely examples.
  • the optical device according to the present invention is not limited to the optical device shown in FIGS.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the optical element according to the first embodiment.
  • the optical device 1 shown in FIG. 1 includes a light emitting element 11 and a light receiving element 12 provided on a circuit board 13, and an optical fiber 10.
  • the light emitting element 11 is an element that emits light according to data input from a control unit (not shown).
  • the light emitting element 11 can be configured by, for example, a surface emitting laser capable of emitting light in the vertical direction with respect to the circuit board 13.
  • the light receiving element 12 receives the light emitted from the light emitting element 11 and transmitted through the optical fiber 10, and outputs an electrical signal corresponding to the received light.
  • the light receiving element 12 can be constituted by, for example, a pin type photodiode that has a low dark current and can respond at high speed.
  • the light emitting element 11 and the light receiving element 12 are optically connected via an optical fiber 10. Specifically, one end portion 10a of the optical fiber 10 is optically coupled by a glass optical element 20a. On the other hand, the other end 10b of the optical fiber 10 is optically coupled by a glass optical element 20b.
  • Each of the optical elements 20a and 20b has a function of refracting the optical axis and a function of focusing incident light on the optical fiber 10 or the light receiving element 12. Therefore, the light emitted from the light emitting element 11 is refracted, focused on the optical fiber 10 having the optical axis A3 perpendicular to the optical axis A1 of the light emitting element 11, and enters the optical fiber 10. The light emitted from the optical fiber 10 is refracted and focused on the light receiving surface 12a of the light receiving element 12 having the optical axis A2 perpendicular to the optical axis A3 of the optical fiber 10.
  • the optical element 20a and the optical element 20b have substantially the same configuration. Therefore, here, the configuration of the optical elements 20a and 20b will be described with reference to FIGS.
  • the optical elements 20a and 20b are formed in a substantially triangular prism shape. Specifically, the optical elements 20a and 20b are formed in a triangular prism shape whose end faces are right-angled isosceles triangles. However, in the present invention, the optical element is not necessarily formed in a triangular prism shape whose end face is a right-angled isosceles triangle.
  • the shape of the optical element is such that the first and second light incident / exit surfaces and the light reflecting surface reflect light incident from one of the first and second light incident / exit surfaces on the light reflecting surface. As long as it is provided so as to exit from the other of the two light entrance / exit surfaces, there is no particular limitation.
  • the optical element may be formed in a triangular prism shape having a triangular end face whose apex angle is not a right angle, or may be formed in a polygonal shape.
  • the corners and ridges of the optical elements 20a and 20b are preferably formed in an R chamfer shape. By doing so, it becomes difficult to produce a crack and a chip
  • the optical elements 20a and 20b in which corners and ridges are formed in an R chamfered shape can be formed by, for example, a mold press.
  • the optical elements 20 a and 20 b have a first light entrance / exit surface 21, a second light entrance / exit surface 22, and a light reflection surface 23.
  • the first light entrance / exit surface 21 faces the light emitting element 11 or the light receiving element 12.
  • the second light entrance / exit surface 22 faces the end surface of the optical fiber 10.
  • the reflection suppressing films 24, 25 (in FIG. 2, the drawing of the reflection suppressing films 24, 25 is omitted. .) Is formed.
  • the reflection suppressing films 24 and 25 reduce the light reflectivity at the first and second light entrance / exit surfaces 21 and 22.
  • the antireflection films 24 and 25 are composed of, for example, a dielectric laminated film in which a high refractive index layer having a relatively high refractive index and a low refractive index film having a relatively low refractive index are alternately laminated. be able to.
  • the high refractive index layer can be formed of, for example, titanium oxide.
  • the low refractive index film can be formed of silicon oxide or the like.
  • the second light input / output surface 22 facing the optical fiber 10 has a plurality of lens surface portions 22a formed in an array. Yes.
  • the plurality of lens surface portions 22a are arranged in a straight line.
  • the arrangement of the plurality of lens surface portions 22a is not limited to a straight line.
  • the plurality of lens surface portions may be arranged in a matrix. Further, only one lens surface portion may be formed on the second light entrance / exit surface.
  • the light reflecting surface 23 is formed in a flat shape.
  • the light incident from one of the first and second light entering / exiting surfaces 21, 22 is reflected by the light reflecting surface 23 and is emitted from the other of the first and second light entering / exiting surfaces 21, 22.
  • the light reflecting surface 23 is configured such that the light incident from one of the first and second light entrance / exit surfaces 21 and 22 is totally reflected by the light reflecting surface 23 and thus the first and second light beams. It is provided so as to exit from the other of the entrance / exit surfaces 21 and 22. For this reason, it is not necessary to separately provide a light reflecting film on the light reflecting surface 23. Therefore, the optical elements 20a and 20b can be easily manufactured.
  • the light reflecting film when the light reflecting film is provided, the light reflecting film may be deteriorated by the laser light from the light emitting element 11. In particular, when the light emitted from the light emitting element 11 is high-power laser light, the light reflecting film is likely to deteriorate. On the other hand, in this embodiment, since the light reflecting film is not formed on the light reflecting surface 23, it is possible to suppress a decrease in light reflectance on the light reflecting surface 23 due to the deterioration of the light reflecting film. .
  • the optical element 20a at the wavelength of light from the light emitting element 11 is used.
  • 20b may be provided so as to satisfy sin ⁇ ⁇ 1 / n, where n is the refractive index of 20b and ⁇ is the incident angle of light from the light emitting element 11.
  • the light reflecting surface 23 may be provided so that ⁇ is about 34.9 ° or more.
  • the refractive index of the optical elements 20a and 20b at the wavelength of light from the light emitting element 11 is 1.75
  • the light reflecting surface 23 may be provided so that ⁇ is about 38.7 ° or more.
  • the critical angle of total reflection on the light reflecting surface 23 decreases as the refractive index of the optical elements 20a and 20b at the wavelength of light from the light emitting element 11 increases. Therefore, by increasing the refractive index of the optical elements 20a and 20b at the wavelength of light from the light emitting element 11, the degree of freedom in designing the optical elements 20a and 20b is improved. Therefore, the refractive index of the optical elements 20a and 20b at the wavelength of light from the light emitting element 11 is preferably higher.
  • the refractive index of the optical elements 20a and 20b at the wavelength of light from the light emitting element 11 is preferably 1.70 or more, and more preferably 1.75 or more.
  • the refractive index of the optical elements 20a and 20b with respect to the d-line is high, the refractive index of the optical elements 20a and 20b at the wavelength of light from the light emitting element 11 also increases. For this reason, it is preferable that the refractive index (nd) with respect to d line
  • the refractive index of the optical elements 20a and 20b with respect to the d-line is 1.806
  • the refractive index at a wavelength of 850 nm is 1.790
  • the refractive index at a wavelength of 1050 nm is 1.
  • the refractive index at 784, the wavelength 1310 nm is 1.779
  • the refractive index at the wavelength 1550 nm is 1.775
  • the light reflecting surface 23 is provided so that the incident angle is 45 °.
  • Each of the first and second light entrance / exit surfaces 21 and 22 is provided with an incident angle of 90 °.
  • the lens surface portion 22a has a positive optical power. Specifically, in the present embodiment, the lens surface portion 22a is formed in a convex shape and is a refracting surface that refracts light. More specifically, in the present embodiment, the lens surface portion 22a is aspheric.
  • “aspherical surface” refers to a surface having a rotational symmetry axis among non-spherical surfaces.
  • the lens surface portion is not particularly limited as long as it has a positive optical power.
  • the lens surface portion may be, for example, a free curved surface that does not have a rotational symmetry axis.
  • the lens surface portion may be constituted by a Fresnel lens surface in which a plurality of lens surfaces are discontinuously arranged, or may be constituted by a diffraction surface that diffracts light.
  • the lens surface portion is a refracting surface formed in a convex shape as in the present embodiment, the optical element can be easily manufactured.
  • the lens surface portion is constituted by a diffractive surface or a Fresnel lens surface, the height of the lens surface portion can be suppressed. It is also easy to achieve higher positive optical power.
  • the lens surface portion is not formed on the first light entrance / exit surface 21.
  • the first light entrance / exit surface 21 is formed in a planar shape.
  • the light emitting element 11 When a signal is input to the light emitting element 11 from a control unit (not shown), the light emitting element 11 emits light according to the input signal. Here, specifically, the light emitting element 11 emits radiated light.
  • the light from the light emitting element 11 enters the optical element 20a from the first light incident / exit surface 21 (light incident surface) of the optical element 20a, is reflected by the light reflecting surface 23, and is then reflected by the second light incident / exit surface 22.
  • the light is emitted from the lens surface portion 22a to the outside of the optical element 20a.
  • the light emitted from the light emitting element 11 is radiated light, and the first light entrance / exit surface 21 is formed in a planar shape. For this reason, the light propagating in the optical element 20a becomes divergent light.
  • the light is refracted by the lens surface portion 22 a having a positive optical power, becomes focused light, and is focused on the end surface of the optical fiber 10.
  • the focused light propagates through the optical fiber 10 and is emitted from the end face of the end portion 10b as divergent light.
  • the emitted light enters from the lens surface portion 22a of the second light entrance / exit surface 22 of the optical element 20b, is reflected by the light reflecting surface 23, and then exits from the first light entrance / exit surface 21.
  • the lens surface portion 22a has positive optical power. For this reason, the light incident on the optical element 20b becomes focused light. Then, the light is further refracted at the first light entrance / exit surface 21 formed in a planar shape and is focused on the light receiving surface 12 a of the light receiving element 12.
  • the light receiving element 12 outputs an electrical signal corresponding to the light received on the light receiving surface 12a. Through the above steps, an electrical signal corresponding to the signal input to the light emitting element 11 is output from the light receiving element 12.
  • the optical fiber 10 can be arranged to be inclined with respect to the optical axes of the light emitting element 11 and the light receiving element 12.
  • the optical fiber 10 can be disposed perpendicular to the optical axes of the light emitting element 11 and the light receiving element 12.
  • a lens surface portion 22a having a positive optical power is formed on the second light entrance / exit surface 22 on the optical fiber 10 side.
  • the beam diameter at the first light entrance / exit surface 21 on the light receiving element 12 or the light emitting element 11 side can be reduced.
  • the optical elements 20a and 20b are made of glass, the refractive index can be increased. Accordingly, the distance between the first light entrance / exit surface 21 and the light receiving element 12 or the light emitting element 11 can be shortened. Therefore, the height of the optical device 1 can be reduced.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a part of the optical device according to the first comparative example.
  • the optical fiber 101 and the light receiving element 102 are optically coupled by a lens 103 having no reflecting surface. For this reason, it is necessary to arrange
  • FIG. Therefore, the lens 103 and the end portion 101 a of the optical fiber 101 are arranged in the optical axis direction of the light receiving element 102. Therefore, it is difficult to reduce the height of the optical device.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a part of the optical device according to the second comparative example.
  • a refractive optical system is configured by providing the reflecting member 104 on the lens 103.
  • the optical axis of the end 101 a of the optical fiber 101 can be arranged perpendicular to the optical axis of the light receiving element 102 at a location different from the optical axis of the light receiving element 102. It is possible to reduce the height. However, it is necessary to arrange the light receiving element 102, the lens 103, and the reflecting member 104 in the optical axis direction of the light receiving element 102. For this reason, it is impossible to sufficiently reduce the height of the optical device.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a part of the optical device according to the third comparative example.
  • a prism 106 is arranged instead of the lens 103 and the reflecting member 104.
  • a lens surface portion 106b1 having a positive optical power is provided on the light input / output surface 106b on the light receiving element 102 side.
  • the height of the optical device can be reduced.
  • the light input / output surface 106a on the optical fiber 101 side is formed in a flat shape. For this reason, the light incident on the prism 106 propagates in the prism 106 as divergent light. Therefore, the beam diameter increases as it propagates through the prism 106. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, a part of the light incident from the light entrance / exit surface 106a may not be propagated to the light entrance / exit surface 106b. In order to ensure that the light incident from the light entrance / exit surface 106a propagates to the light entrance / exit surface 106b, the prism 106 needs to be enlarged. However, when the prism 106 is enlarged, the optical device is enlarged.
  • the spot diameter of the light incident on the light entrance / exit surface 106a of the prism 106 is reduced as shown in FIG. It is also possible. However, even in this case, the light beam diameter at the light entrance / exit surface 106b, which is the light exit surface, increases. For this reason, the distance from the light entrance / exit surface 106b to a focus becomes long. Therefore, the height of the optical device cannot be sufficiently reduced.
  • the distance from the light entrance / exit surface 106b to the focal point can be shortened, but the lens surface portion 106b1 and the light receiving element 102 may interfere with each other in position.
  • the lens surface portion 106b1 is formed of a refracting surface, since the curvature of the lens surface portion 106b1 is increased, it is difficult to manufacture an optical element. In particular, when an optical element is to be manufactured by a mold press, it is more difficult to manufacture the optical element.
  • the lens surface portion 22a is formed on the second light input / output surface 22 on the optical fiber 10 side.
  • the light beam diameter becomes smaller as it propagates through the optical element 20b. Therefore, the beam diameter at the first light entrance / exit surface 21 on the light receiving element 12 side is reduced.
  • the focal length is further shortened by being refracted when the light is emitted from the optical element 20b.
  • the optical element 20b is made of glass and has a high refractive index, and therefore has a very short focal length.
  • the distance between the first light entrance / exit surface 21 of the optical element 20b and the light receiving surface 12a of the light receiving element 12 can be shortened.
  • the distance between the light emitting element 11 and the first light entrance / exit surface 21 of the optical element 20a can be shortened. Therefore, the height of the optical device 1 can be reduced.
  • the number of components of the optical device 1 can be reduced by using the optical elements 20a and 20b having both a so-called prism function and a lens function as in this embodiment.
  • a plurality of lens surface portions 22a are formed in an array.
  • a plurality of optical fibers 10 can be optically coupled to the light receiving element 12 and the light emitting element 11 by one optical element 20a, 20b.
  • the optical device can be miniaturized, and the alignment of the optical element is facilitated.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a part of the optical device according to the first modification.
  • the lens surface portion 22a is formed in a shape such that light incident from the lens surface portion 22a is focused on the first light entrance / exit surface 21. For this reason, as shown in FIG. 7, the light receiving element 12 can be disposed immediately below the first light entrance / exit surface 21 of the optical element 20b. Similarly, the light emitting element 11 can be disposed immediately below the first light entrance / exit surface 21 of the optical element 20a. Therefore, the height of the optical device can be further reduced.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a part of the optical device according to the second modification.
  • the lens surface portion 22a is formed only on the second light entrance / exit surface 22 on the optical fiber 10 side of the first and second light entrance / exit surfaces 21, 22 has been described.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • a lens surface portion 22a is formed on the second light entrance / exit surface 22 on the optical fiber 10 side, and also on the first light entrance / exit surface 21 on the light receiving element 12 and light emitting element 11 side.
  • a lens surface portion 21a having a positive optical power is formed.
  • the distance between the first light entrance / exit surface 21 and the focal point can be further shortened. Therefore, the height of the optical device can be further reduced.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an optical device according to a third modification.
  • each of the optical elements 20a and 20b is formed in a substantially triangular prism shape having the first and second light entrance / exit surfaces 21 and 22 and the light reflection surface 23 as side surfaces.
  • the shape of the optical element is not limited to this.
  • the optical element may have any shape as long as it has the first and second light entrance / exit surfaces and the light reflection surface.
  • each of the optical elements 20a and 20b a corner portion constituted by the first light entrance / exit surface 21 and the light reflection surface 23, the second light entrance / exit surface 22 and the light reflection.
  • Each of the corners formed by the surface 23 may be chamfered.
  • the corner portion constituted by the second light entrance / exit surface 22 and the light reflection surface 23 in a chamfered shape, the dimension along the y direction of the optical elements 20a, 20b can be reduced. Therefore, the height of the optical device can be further reduced.
  • the dimension along the x direction of the optical device can be reduced.
  • the surface of the corner formed in the chamfered shape may be a curved surface.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view of an optical element according to a fourth modification.
  • FIG. 12 is a schematic exploded perspective view of a part of the optical device according to the fourth modification.
  • FIG. 13 is a schematic side view of a part of the optical device according to the fourth modification.
  • FIG. 14 is a schematic view of the XIV in FIG.
  • a line-shaped convex portion 22b is formed in a portion other than the portion located on the optical path of the second light entrance / exit surface 22.
  • the convex portion 22 b is formed from one end portion to the other end portion in the width direction of the second light entrance / exit surface 22.
  • the optical element 20 c is attached to the folder 30.
  • a concave portion 30a1 having a shape corresponding to the shape of the convex portion 22b is formed on the contact surface 30a of the folder 30.
  • the 2nd light entrance / exit surface 22 and the contact surface 30a of the optical element 20c are contact
  • the second light entrance / exit surface 22 and the contact surface 30a are bonded to each other by an adhesive 28 applied to a portion 22c of the second light entrance / exit surface 22 that is separated from the portion located on the optical path by the convex portion 22b. Has been.
  • the convex part 22b may replace with the convex part 22b or may form a recessed part with the convex part 22b. Even in that case, the flow of the adhesive 28 to the portion located on the optical path can be suppressed.
  • the shape of the unevenness to be formed is not particularly limited.
  • a convex or concave portion of a line having a trapezoidal cross section or a semicircular cross section, a cylindrical shape, a conical shape, or a convex or concave portion having a truncated cone shape may be provided.
  • the example in which the second light entering / exiting surface 22 is provided with unevenness has been described, but the first light entering / exiting surface 21 and the light reflecting surface 23 may be provided with unevenness. Further, two or more of the first and second light entrance / exit surfaces 21 and 22 and the light reflection surface 23 may be provided with unevenness.
  • Optical apparatus 10 Optical fiber 10a, 10b ... End 11 of optical fiber ... Light emitting element 12 . Light receiving element 12a ... Light receiving surface 13 of light receiving element ... Circuit board 20a, 20b, 20c ... Optical element 21 ... First light Entry / exit surface 21a ... Lens surface portion 22 ... Second light entrance / exit surface 22a ... Lens surface portion 22b ... Convex portion 23 ... Light reflection surfaces 24, 25 ... Antireflection films 26, 27 ... Planar portion 28 ... Adhesive 30 ... Folder 30a ... Contact surface 30a1 ... concave portion

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Abstract

　光ファイバを用いた光学装置において光ファイバと受発光素子との光学的結合に用いられる光学素子であって、光学装置を低背化できる光学素子を提供する。　光学素子２０ａ、２０ｂは、受発光素子１１，１２に対面する第１の光入出面２１と、光ファイバ１０に対面する第２の光入出面２２と、光反射面２３とを備えている。光反射面２３は、第１及び第２の光入出面２１，２２の一方から入射した光を第１及び第２の光入出面２１，２２の他方側へ反射する。第２の光入出面２２は、正の光学的パワーを有するレンズ面部２２ａを有する。

Description

光学素子及びそれを備える光学装置
　本発明は、光学素子及びそれを備える光学装置に関する。特に、本発明は、光ファイバを用いた光学装置において、光ファイバと受発光素子との光学的結合に用いられる光学素子及びそれを備える光学装置に関する。
　近年、データ転送の高速化を実現し得る装置として、光ファイバを用いた光学装置が大いに注目されている。この光学装置では、入力されたデータに応じた光が発光素子から出射される。その出射光は、光ファイバ内を伝搬して受光素子に導かれ、受光素子において再び電気信号に変換される。この光学装置においては、受光素子や発光素子と光ファイバとを光学的に結合する必要がある。この受発光素子と光ファイバとの結合は、光インターコネクタという光学素子により行われる。
　ところで、一般的に回路基板に実装された受発光素子の光軸は、回路基板の法線方向と平行である。このため、例えば、集光レンズを用いて光ファイバと受発光素子との間の光学的結合を行おうとすると、光ファイバの端部を回路基板に対して垂直に設け、かつ、光ファイバと受発光素子との間に集光レンズを配置する必要がある。また、光ファイバは、高い曲率で屈曲させることができない。従って、光学装置の高さ寸法が大きくなり、光学装置を低背化することが困難であるという問題がある。
　それに対して、下記の特許文献１に記載の光学装置では、屈折光学系を用い、光ファイバを回路基板と平行に配置することで低背化が図られている。具体的には、図９に示すように、特許文献１に記載の光学装置２００は、コネクタ２０１を備えている。コネクタ２０１は、一体形成された透明樹脂製のコネクタ本体２０２を有する。コネクタ本体２０２には、回路基板２０３上に設けられた光素子２０４からの光を受光する凸レンズ状の受光面２０２ａが形成されている。また、コネクタ本体２０２には、光ファイバ２０５の先端部が挿入されて固定される光ファイバ用有底穴２０２ｃが回路基板２０３と平行に形成されている。さらに、コネクタ本体２０２には、光素子２０４からの光を、光ファイバ用有底穴２０２ｃに挿入された光ファイバ２０５の先端部に導くための反射面２０２ｂが形成されている。反射面２０２ｂの上には、反射膜（図示せず）が形成されている。
特開２００７－１２１９７３号公報
　上記光学装置２００では、屈折光学系が採用されているため、光ファイバ２０５を回路基板と平行に配置することができる。従って、光学装置２００の低背化を図ることができる。しかしながら、光学装置２００では、コネクタ本体２０２が樹脂製であり、かつ、受光面２０２ａが凸レンズ状に形成されているため、図９とは異なり、実際は、光素子２０４からの光を受光する受光面２０２ａと光素子２０４との間の距離が長くなり、十分に低背化を図ることが困難であるという問題がある。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光ファイバを用いた光学装置において光ファイバと受発光素子との光学的結合に用いられる光学素子であって、光学装置を低背化できる光学素子を提供することにある。
　本発明に係る第１の光学素子は、受発光素子と、先端部の光軸が受発光素子の光軸と垂直な光ファイバとを備える光学装置において、受発光素子と光ファイバとの光学的結合に用いられるガラス製の光学素子に関する。本発明に係る第１の光学素子は、第１の光入出面と、第２の光入出面と、光反射面とを備えている。第１の光入出面は、受発光素子に対面する。第２の光入出面は、光ファイバに対面する。光反射面は、第１及び第２の光入出面の一方から入射した光を第１及び第２の光入出面の他方側へ反射する。第２の光入出面は、正の光学的パワーを有するレンズ面部を有する。
　本発明に係る第１の光学素子では、光ファイバ側の第２の光入出面に正の光学的パワーを有するレンズ面部が形成されている。このため、受発光素子側の第１の光入出面における光束径を小さくすることができる。さらに、本発明に係る第１の光学素子は、ガラス製であるため、光学素子の屈折率を高くし得る。従って、第１の光入出面と受発光素子との間の距離を短くすることができる。よって、本発明に係る第１の光学素子を用いることにより、光学装置の低背化を図ることができる。
　なお、本発明において、「受発光素子」は、受光素子と発光素子との総称である。すなわち、「受発光素子」には、「受光素子」と「発光素子」とが含まれる。
　本発明において、「光ファイバと受発光素子との光学的結合」とは、光ファイバから出射した光を受光素子の受光面に合焦させること、または、発光素子からの光を、光ファイバの端面に合焦させることをいう。
　本発明において、「光入出面」は、「光入射面」と「光出射面」との総称である。すなわち、「光入出面」には、「光入射面」と「光出射面」とが含まれる。
　本発明に係る第２の光学素子は、光ファイバと受発光素子との光学的結合に用いられるガラス製の光学素子に関する。本発明に係る第２の光学素子は、第１及び第２の光入出面と、光反射面とを有する。光反射面は、第１及び第２の光入出面の一方から入射した光を第１及び第２の光入出面の他方側へ反射する。第２の光入出面は、正の光学的パワーを有するレンズ面部を有する。
　本発明に係る第２の光学素子を第２の光入出面が光ファイバと対面するように配置することにより、上記本発明に係る第１の光学素子と同様に、受発光素子側の第１の光入出面における光束径を小さくすることができる。また、本発明に係る第２の光学素子も、ガラス製であるため、光学素子の屈折率を高くし得る。従って、第１の光入出面と受発光素子との間の距離を短くすることができる。よって、本発明に係る第２の光学素子を用いることにより、光学装置の低背化を図ることができる。
　本発明に係る第１または第２の光学素子において、レンズ面部は、レンズ面部から入射した光が第１の光入出面上に合焦するような形状に形成されていることが好ましい。この場合、光学素子の第１の光入出面の直上に受発光素子を配置することができる。換言すれば、第１の光入出面と受発光素子との間のクリアランスをゼロにすることができる。従って、この構成の光学素子を用いることにより、光学装置をより低背化することができる。
　本発明に係る第１または第２の光学素子において、第１及び第２の光入出面のそれぞれが、正の光学的パワーを有するレンズ面部を有することが好ましい。この場合、第１の光入出面部と受発光素子との間の距離をより短くすることができる。従って、この構成の光学素子を用いることにより、光学装置をより低背化することができる。
　本発明に係る第１及び第２の光学素子のそれぞれのｄ線に対する屈折率（ｎｄ）が１．７５以上であることが好ましい。この場合、第１及び第２の光入出面のそれぞれにおいて光を大きく屈折させることができる。従って、第１の光入出面と受発光素子との間の距離をより短くすることができる。
　なお、「ｄ線」とは、波長が５８８ｎｍの光線である。
　本発明に係る第１または第２の光学素子において、レンズ面部が、アレイ状に複数形成されていることが好ましい。この場合、一つの光学素子で複数の光ファイバを受発光素子と光学的に結合することができる。
　本発明に係る第１または第２の光学素子において、光学素子は、第１及び第２の光入出面のそれぞれの上に形成されている反射抑制膜をさらに備えることが好ましい。この場合、第１及び第２の光入射面における光反射率を低減できる。従って、本発明に係る第１または第２の光学素子を用いることにより、光学装置における光伝搬損失を低減することができる。
　本発明に係る第１または第２の光学素子において、光学素子は、モールドプレスにより形成されたものであることが好ましい。その場合、光学素子を安価に製造することができる。また、光学素子の稜線部や角部がＲ面取り状となるため、稜線部や角部に割れや欠けが生じ難くなる。
　本発明に係る第１または第２の光学素子において、光学素子は、第１及び第２の光入出面と光反射面とを側面として有し、第２の光入出面と光反射面とで構成される角部が面取り状に形成されている略三角柱状であることが好ましい。この場合、光学素子を低背化及び軽量化できるため、この光学素子を用いることにより、光学装置のさらなる低背化及び軽量化を図ることができる。また、この光学素子をフォルダに固定する場合に、第２の光入出面と光反射面とで構成される角部に形成された面をフォルダに対する当接面とすることにより、光学素子とフォルダとの位置決めが容易となる。
　また、本発明に係る第１または第２の光学素子において、第１の光入出面と光反射面とで構成される角部が面取り状に形成されていることがさらに好ましい。この場合、光学素子をさらに小型化及び軽量化できるため、この光学素子を用いることにより、光学装置のさらなる小型化及び軽量化を図ることができる。
　本発明に係る第１または第２の光学素子において、第１及び第２の光入出面並びに光反射面のうちの少なくともひとつの光路上に位置する部分以外の部分に凹凸が形成されていることが好ましい。この構成では、第１及び第２の光入出面並びに光反射面のうち、凹凸が形成されている面をフォルダに接着する場合に、光路上に位置する部分以外の部分に接着剤を塗布することによって、接着剤が光路上に位置する部分に流入することを抑制することができる。また、第１及び第２の光入出面並びに光反射面のうちの少なくともひとつに形成されている凹凸に対応した形状の凹凸をフォルダに形成しておくことによって、光学素子とフォルダとの位置決めが容易となる。
　本発明に係る光学装置は、受発光素子と、光ファイバと、ガラス製の光学素子とを備えている。光ファイバの先端部の光軸は、受発光素子の光軸と垂直である。光学素子は、受発光素子と光ファイバとを光学的に結合している。光学素子は、第１の光入出面と、第２の光入出面と、光反射面とを備えている。第１の光入出面は、受発光素子に対面する。第２の光入出面は、光ファイバに対面する。光反射面は、第１及び第２の光入出面の一方から入射した光を第１及び第２の光入出面の他方側へ反射する。第２の光入出面は、正の光学的パワーを有するレンズ面部を有する。
　すなわち、本発明に係る光学装置は、上記本発明に係る第１または第２の光学素子を備えている。このため、本発明に係る光学装置では、高さ寸法を低くすることができる。
　本発明によれば、光ファイバを用いた光学装置において光ファイバと受発光素子との光学的結合に用いられる光学素子であって、光学装置を低背化できる光学素子を提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る光学装置の模式図である。 図２は、本発明の一実施形態における光学素子の略図的斜視図である。 図３は、第１の比較例に係る光学装置の一部の模式図である。 図４は、第２の比較例に係る光学装置の一部の模式図である。 図５は、第３の比較例に係る光学装置の一部の模式図である。 図６は、第４の比較例に係る光学装置の一部の模式図である。 図７は、第１の変形例に係る光学装置の一部の模式図である。 図８は、第２の変形例に係る光学装置の一部の模式図である。 図９は、特許文献１に記載の光学装置の略図的断面図である。 図１０は、第３の変形例に係る光学装置の模式図である。 図１１は、第４の変形例における光学素子の略図的斜視図である。 図１２は、第４の変形例に係る光学装置の一部の略図的分解斜視図である。 図１３は、第４の変形例に係る光学装置の一部の略図的側面図である。 図１４は、図１３のＸＩＶ略図的矢視図である。
　以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１，７，８に示す光学装置を例に挙げて説明する。但し、図１，７，８に示す光学装置は、単なる例示である。本発明に係る光学装置は、図１，７，８に示す光学装置に何ら限定されない。
　（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係る光学装置の模式図である。図２は、第１の実施形態における光学素子の略図的斜視図である。
　図１に示す光学装置１は、回路基板１３上に設けられた発光素子１１及び受光素子１２と、光ファイバ１０とを備えている。発光素子１１は、図示しない制御部から入力されたデータに応じて発光する素子である。発光素子１１は、例えば、回路基板１３に対し、垂直方向の光を出射することが可能な面発光型レーザー等により構成することができる。
　受光素子１２は、発光素子１１から出射され、光ファイバ１０を介して伝送された光を受光し、受光した光に応じた電気信号を出力する。受光素子１２は、例えば、暗電流が少なく、高速応答が可能なＰ－ｉ－ｎ型フォトダイオード等により構成することができる。
　発光素子１１と受光素子１２とは、光ファイバ１０を介して光学的に接続されている。具体的には、光ファイバ１０の一方側の端部１０ａは、ガラス製の光学素子２０ａによって光学的に結合されている。一方、光ファイバ１０の他方側の端部１０ｂは、ガラス製の光学素子２０ｂによって光学的に結合されている。
　光学素子２０ａ、２０ｂのそれぞれは、光軸を屈折させる機能と、入射光を光ファイバ１０または受光素子１２に対して合焦させる機能とを有する。このため、発光素子１１から出射された光は、屈折され、発光素子１１の光軸Ａ１に対して垂直な光軸Ａ３を有する光ファイバ１０に合焦し、光ファイバ１０内に入射する。光ファイバ１０から出射された光は、屈折され、光ファイバ１０の光軸Ａ３に対して垂直な光軸Ａ２を有する受光素子１２の受光面１２ａに合焦する。
　光学素子２０ａと、光学素子２０ｂとは、実質的に同じ構成を有している。このため、ここでは、図１及び図２を参照しながら、光学素子２０ａ、２０ｂの構成について説明する。
　光学素子２０ａ、２０ｂは、略三角柱状に形成されている。具体的には、光学素子２０ａ、２０ｂは、端面が直角二等辺三角形である三角柱状に形成されている。但し、本発明において、光学素子は、端面が直角二等辺三角形である三角柱状に形成されている必要は必ずしもない。光学素子の形状は、第１及び第２の光入出面と、光反射面とが、第１及び第２の光入出面の一方から入射した光が光反射面で反射され、第１及び第２の光入出面の他方から出射するように設けられている限りにおいて特に限定されない。光学素子は、例えば、頂角が直角ではない三角形状の端面を有する三角柱状に形成されていてもよいし、多角形状に形成されていてもよい。
　光学素子２０ａ、２０ｂの角部や稜線部は、Ｒ面取り状に形成されていることが好ましい。そうすることにより、光学素子２０ａ、２０ｂの角部や稜線部に割れや欠けが生じにくくなる。角部や稜線部がＲ面取り状に形成された光学素子２０ａ、２０ｂは、例えば、モールドプレスにより形成することができる。
　光学素子２０ａ、２０ｂは、第１の光入出面２１と、第２の光入出面２２と、光反射面２３とを有する。第１の光入出面２１は、発光素子１１または受光素子１２と対面している。第２の光入出面２２は、光ファイバ１０の端面と対面している。
　図１に示すように、第１及び第２の光入出面２１，２２のそれぞれの上には、反射抑制膜２４，２５（図２では、反射抑制膜２４，２５の描画を省略している。）が形成されている。この反射抑制膜２４，２５により、第１及び第２の光入出面２１，２２における光反射率が低減されている。なお、反射抑制膜２４，２５は、例えば、相対的に屈折率が高い高屈折率層と、相対的に屈折率が低い低屈折率膜とが交互に積層された誘電体積層膜により構成することができる。高屈折率層は、例えば、酸化チタン等により形成することができる。低屈折率膜は、酸化ケイ素などにより形成することができる。
　本実施形態では、第１及び第２の光入出面２１，２２のうち、光ファイバ１０と対面している第２の光入出面２２には、複数のレンズ面部２２ａがアレイ状に形成されている。なお、本実施形態では、複数のレンズ面部２２ａは、直線状に配列されている例について説明するが、本発明において、複数のレンズ面部２２ａの配列は直線状に限定されない。本発明においては、複数のレンズ面部は、マトリクス状に配列されていてもよい。また、第２の光入出面にレンズ面部が一つのみ形成されていてもよい。
　光反射面２３は、平面状に形成されている。光反射面２３は、第１及び第２の光入出面２１，２２の一方から入射した光が光反射面２３により反射されて第１及び第２の光入出面２１，２２の他方から出射するように設けられている。詳細には、本実施形態では、光反射面２３は、第１及び第２の光入出面２１，２２の一方から入射した光が光反射面２３により全反射されて第１及び第２の光入出面２１，２２の他方から出射するように設けられている。このため、光反射面２３の上に、光反射膜を別途設ける必要がない。よって、光学素子２０ａ、２０ｂの製造が容易である。
　また、光反射膜を設けた場合、発光素子１１からのレーザー光により光反射膜が劣化してしまう場合がある。特に、発光素子１１から出射される光が高出力のレーザー光である場合は、光反射膜が劣化しやすい。それに対して、本実施形態では、光反射面２３の上に光反射膜が形成されていないため、光反射膜の劣化に起因する光反射面２３における光反射率の低下を抑制することができる。
　具体的に、光学素子２０ａ、２０ｂの光反射面２３において、空気（屈折率１．０）に対して全反射が生じるようにするためには、発光素子１１からの光の波長における光学素子２０ａ、２０ｂの屈折率をｎとし、発光素子１１からの光の入射角をθとしたときに、光反射面２３を、ｓｉｎθ≧１／ｎを満たすように設ければよい。
　例えば、発光素子１１からの光の波長における光学素子２０ａ、２０ｂの屈折率が１．７５である場合は、θが約３４．９°以上となるように光反射面２３を設ければよい。発光素子１１からの光の波長における光学素子２０ａ、２０ｂの屈折率が１．６である場合は、θが約３８．７°以上となるように光反射面２３を設ければよい。
　このように、光反射面２３における全反射の臨界角は、発光素子１１からの光の波長における光学素子２０ａ、２０ｂの屈折率が高くなるにつれて小さくなる。このため、発光素子１１からの光の波長における光学素子２０ａ、２０ｂの屈折率を高くすることにより、光学素子２０ａ、２０ｂの設計自由度が向上する。従って、発光素子１１からの光の波長における光学素子２０ａ、２０ｂの屈折率は、高い方が好ましい。発光素子１１からの光の波長における光学素子２０ａ、２０ｂの屈折率は、１．７０以上であることが好ましく、１．７５以上であることがより好ましい。通常、ｄ線に対する光学素子２０ａ、２０ｂの屈折率が高いと、発光素子１１からの光の波長における光学素子２０ａ、２０ｂの屈折率も高くなる。このため、光学素子２０ａ、２０ｂのｄ線に対する屈折率（ｎｄ）は１．７５以上であることが好ましく、１．８０以上であることがより好ましい。
　なお、本実施形態では、より具体的には、光学素子２０ａ、２０ｂのｄ線に対する屈折率は、１．８０６、波長８５０ｎｍにおける屈折率は、１．７９０、波長１０５０ｎｍにおける屈折率は、１．７８４、波長１３１０ｎｍにおける屈折率は、１．７７９、波長１５５０ｎｍにおける屈折率は、１．７７５であり、光反射面２３は、入射角が４５°となるように設けられている。第１及び第２の光入出面２１，２２のそれぞれは、入射角が９０°となるように設けられている。
　レンズ面部２２ａは、正の光学的パワーを有する。具体的には、本実施形態では、レンズ面部２２ａは、凸状に形成されており、光を屈折させる屈折面である。より具体的には、本実施形態では、レンズ面部２２ａは、非球面である。ここで、「非球面」とは、球面ではない面のうち、回転対称軸を有する面のことをいう。
　但し、本発明において、レンズ面部は、正の光学的パワーを有するものである限りにおいて特に限定されない。レンズ面部は、例えば、回転対称軸を有さない自由曲面であってもよい。また、レンズ面部は、複数のレンズ面が不連続に配列されたフレネルレンズ面により構成されていてもよいし、光を回折させる回折面により構成されていてもよい。
　本実施形態のように、レンズ面部が凸状に形成された屈折面である場合は、光学素子の製造が容易となる。それに対して、レンズ面部が回折面やフレネルレンズ面により構成されている場合は、レンズ面部の高さを抑制することができる。また、より高い正の光学的パワーを実現しやすい。
　一方、第１の光入出面２１には、レンズ面部は形成されていない。本実施形態では、第１の光入出面２１は、平面状に形成されている。
　次に、主として図１を参照しながら、光学装置１の動作について説明する。
　図示しない制御部から発光素子１１に信号が入力されると、発光素子１１は、入力された信号に応じた光を出射する。ここでは、具体的には、発光素子１１は、放射光を出射する。
　発光素子１１からの光は、光学素子２０ａの第１の光入出面２１（光入射面）から光学素子２０ａ内に入射し、光反射面２３において反射された後に、第２の光入出面２２のレンズ面部２２ａから光学素子２０ａ外に出射する。ここで、上述のように、発光素子１１から出射される光は放射光であり、第１の光入出面２１は、平面状に形成されている。このため、光学素子２０ａ内を伝搬する光は発散光となる。そして、光学素子２０ａから出射する際に、正の光学的パワーを有するレンズ面部２２ａにより屈折し、集束光となり、光ファイバ１０の端面に合焦する。
　合焦した光は、光ファイバ１０内を伝搬し、端部１０ｂの端面から発散光として出射する。出射光は、光学素子２０ｂの第２の光入出面２２のレンズ面部２２ａから入射し、光反射面２３において反射された後に、第１の光入出面２１から出射する。ここで、本実施形態では、レンズ面部２２ａは、正の光学的パワーを有する。このため、光学素子２０ｂに入射した光は、集束光となる。そして、平面状に形成された第１の光入出面２１においてさらに屈折し、受光素子１２の受光面１２ａに合焦する。
　受光素子１２は、受光面１２ａにおいて受光した光に応じた電気信号を出力する。以上の工程により、発光素子１１に入力された信号に応じた電気信号が受光素子１２から出力される。
　以上説明したように、本実施形態の光学素子２０ａ、２０ｂでは、第１及び第２の光入出面２１，２２の一方から入射した光は光反射面２３により反射されることにより、屈折する。従って、光学素子２０ａ、２０ｂを用いることにより、光ファイバ１０を発光素子１１、受光素子１２の光軸に対して傾斜して配置することができる。例えば、光ファイバ１０を発光素子１１、受光素子１２の光軸に対して垂直に配置することができる。また、本実施形態の光学素子２０ａ、２０ｂでは、光ファイバ１０側の第２の光入出面２２に正の光学的パワーを有するレンズ面部２２ａが形成されている。このため、受光素子１２または発光素子１１側の第１の光入出面２１における光束径を小さくすることができる。さらに、光学素子２０ａ、２０ｂは、ガラス製であるため、屈折率を高くし得る。従って、第１の光入出面２１と受光素子１２または発光素子１１との間の距離を短くすることができる。よって、光学装置１を低背化することができる。
　以下、この理由についてさらに詳細に説明する。
　図３は、第１の比較例に係る光学装置の一部の模式図である。図３に示す光学装置では、反射面を有さないレンズ１０３により光ファイバ１０１と受光素子１０２とが光学的に結合されている。このため、光ファイバ１０１の端部１０１ａを、光軸が受光素子１０２の光軸と一致するように配置する必要がある。よって、受光素子１０２の光軸方向に、レンズ１０３、光ファイバ１０１の端部１０１ａが配列されることとなる。従って、光学装置を低背化することが困難である。
　図４は、第２の比較例に係る光学装置の一部の模式図である。図４に示す光学装置では、レンズ１０３の上に、反射部材１０４を設けることにより、屈折光学系が構成されている。このため、図４に示す光学装置では、受光素子１０２の光軸上とは異なる場所において、光ファイバ１０１の端部１０１ａの光軸を受光素子１０２の光軸と垂直に配置することができる分、低背化を図ることができる。しかしながら、受光素子１０２、レンズ１０３及び反射部材１０４を受光素子１０２の光軸方向に配列する必要がある。このため、光学装置の低背化を十分に図ることができない。
　図５は、第３の比較例に係る光学装置の一部の模式図である。図５に示す光学装置では、レンズ１０３及び反射部材１０４の代わりに、プリズム１０６が配置されている。そして、プリズム１０６の光入出面１０６ａ、１０６ｂのうち、受光素子１０２側の光入出面１０６ｂに正の光学的パワーを有するレンズ面部１０６ｂ１が設けられている。この光学装置では、受光素子１０２の光軸方向にプリズム１０６のみを配置すればよいため、光学装置を低背化することができる。
　しかしながら、図５に示す光学装置では、光ファイバ１０１側の光入出面１０６ａが平面状に形成されている。このため、プリズム１０６に入射した光は、発散光としてプリズム１０６内を伝搬する。よって、プリズム１０６内を伝搬するにつれて光束径が拡大していく。従って、例えば、図５に示すように、光入出面１０６ａから入射した光の一部が光入出面１０６ｂに伝搬されなくなる場合がある。光入出面１０６ａから入射した光が光入出面１０６ｂに確実に伝搬するようにするためには、プリズム１０６を大型化する必要がある。しかしながら、プリズム１０６を大型化すると、光学装置が大型化してしまう。
　また、光入出面１０６ａから入射した光が光入出面１０６ｂに確実に伝搬するようにするために、図６に示すように、プリズム１０６の光入出面１０６ａに入射する光のスポット径を小さくすることも考えられる。しかしながら、この場合であっても、光出射面である光入出面１０６ｂにおける光束径が大きくなる。このため、光入出面１０６ｂから焦点までの距離が長くなる。従って、光学装置を十分に低背化することができない。
　例えば、レンズ面部１０６ｂ１の光学的パワーを大きくすれば光入出面１０６ｂから焦点までの距離を短くできるものの、レンズ面部１０６ｂ１と受光素子１０２とが位置的に干渉してしまう虞がある。また、例えば、レンズ面部１０６ｂ１を屈折面により構成する場合、レンズ面部１０６ｂ１の曲率が大きくなるため、光学素子の作製が困難となる。特に、光学素子をモールドプレスにより作製しようとする場合は、光学素子の作製がより困難となる。
　それに対して、本実施形態では、図１に示すように、レンズ面部２２ａは、光ファイバ１０側の第２の光入出面２２に形成されている。このため、光学素子２０ｂ内を伝搬するに従って光束径は小さくなる。よって、受光素子１２側の第１の光入出面２１における光束径が小さくなる。また、第１の光入出面２１に入射する光が集束光であるため、光学素子２０ｂから出射する際に屈折することにより、さらに焦点距離が短くなる。特に本実施形態では、光学素子２０ｂは、ガラス製であり、高い屈折率を有するため、非常に短い焦点距離となる。従って、光学素子２０ｂの第１の光入出面２１と受光素子１２の受光面１２ａとの間の距離を短くすることができる。同様に、発光素子１１側に関しても、発光素子１１と光学素子２０ａの第１の光入出面２１との間の距離を短くすることができる。従って、光学装置１を低背化することができる。
　さらに、本実施形態のように、所謂プリズム機能とレンズ機能とを兼ね備えた光学素子２０ａ、２０ｂを用いることにより、光学装置１の部品点数を削減することができる。
　また、本実施形態の光学素子２０ａ、２０ｂでは、レンズ面部２２ａがアレイ状に複数形成されている。このため、各一つの光学素子２０ａ、２０ｂで複数の光ファイバ１０を受光素子１２、発光素子１１と光学的に結合することができる。光ファイバ毎に光学素子を設けた場合と比較して、光学装置を小型化でき、光学素子のアライメントが容易となる。
　以下、上記実施形態の変形例について説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
　（第１の変形例）
　図７は、第１の変形例に係る光学装置の一部の模式図である。
　本実施形態では、レンズ面部２２ａが、レンズ面部２２ａから入射した光が第１の光入出面２１上に合焦するような形状に形成されている。このため、図７に示すように、光学素子２０ｂの第１の光入出面２１の直下に受光素子１２を配置することができる。同様に、光学素子２０ａの第１の光入出面２１の直下に発光素子１１を配置することができる。従って、光学装置をさらに低背化することができる。
　（第２の変形例）
　図８は、第２の変形例に係る光学装置の一部の模式図である。
　上記実施形態では、第１及び第２の光入出面２１，２２のうち、光ファイバ１０側の第２の光入出面２２のみにレンズ面部２２ａが形成されている場合について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図８に示すように、光ファイバ１０側の第２の光入出面２２にレンズ面部２２ａが形成されていると共に、受光素子１２，発光素子１１側の第１の光入出面２１にも、正の光学的パワーを有するレンズ面部２１ａが形成されている。本変形例では、第１の光入出面２１と焦点との間の距離をさらに短くすることができる。従って、光学装置をさらに低背化することができる。
　（第３の変形例）
　図１０は、第３の変形例に係る光学装置の模式図である。
　上記第１の実施形態では、光学素子２０ａ、２０ｂのそれぞれが、第１及び第２の光入出面２１，２２と光反射面２３とを側面とする略三角柱状に形成されている場合について説明した。但し、本発明において、光学素子の形状は、これに限定されない。光学素子は、第１及び第２の光入出面と光反射面とを有する限り、どのような形状を有するものであってもよい。
　例えば、図１０に示すように、光学素子２０ａ、２０ｂのそれぞれにおいて、第１の光入出面２１と光反射面２３とにより構成されている角部と、第２の光入出面２２と光反射面２３とにより構成されている角部とのそれぞれが面取り状に形成されていてもよい。
　第２の光入出面２２と光反射面２３とにより構成されている角部を面取り状に形成することによって、光学素子２０ａ、２０ｂのｙ方向に沿った寸法を小さくすることができる。よって、光学装置のさらなる低背化を図ることができる。
　一方、第１の光入出面２１と光反射面２３とにより構成されている角部を面取り状に形成することによって、光学装置のｘ方向に沿った寸法を小さくし得る。
　また、角部の少なくとも一つを面取り状に形成することにより、光学素子２０ａ、２０ｂ、ひいては光学装置の軽量化を図ることができる。
　また、第１の光入出面２１と光反射面２３とにより構成されている角部と、第２の光入出面２２と光反射面２３とにより構成されている角部とのそれぞれに形成されており、ｘ方向またはｙ方向に対して垂直な平面部２６，２７を、光学素子のフォルダに対する当接面として利用することにより、光学素子２０ａ、２０ｂの位置決めが容易となる。
　なお、本変形例では、面取り状に形成されている角部に平面部が形成されている例について説明した。但し、面取り状に形成されている角部の表面は、曲面状であってもよい。
　（第４の変形例）
　図１１は、第４の変形例における光学素子の略図的斜視図である。図１２は、第４の変形例に係る光学装置の一部の略図的分解斜視図である。図１３は、第４の変形例に係る光学装置の一部の略図的側面図である。図１４は、図１３のＸＩＶ略図的矢視図である。
　図１１に示すように、本変形例における光学素子２０ｃでは、第２の光入出面２２の光路上に位置する部分以外の部分に、線条の凸部２２ｂが形成されている。凸部２２ｂは、第２の光入出面２２の幅方向において一方側端部から他方側端部にわたって形成されている。
　図１２～図１４に示すように、光学素子２０ｃは、フォルダ３０に取り付けられている。詳細には、フォルダ３０の当接面３０ａに、凸部２２ｂの形状に対応した形状の凹部３０ａ１が形成されている。そして、凸部２２ｂと凹部３０ａ１とが嵌合するように、光学素子２０ｃの第２の光入出面２２と当接面３０ａとが当接している。第２の光入出面２２と当接面３０ａとは、第２の光入出面２２のうち、光路上に位置する部分から凸部２２ｂにより隔てられた部分２２ｃに塗布された接着剤２８により接着されている。
　本変形例のように、凸部２２ｂを設けておくことにより、接着剤２８が光路上に位置する部分に流入することを抑制することができる。また、凸部２２ｂと凹部３０ａ１とによりフォルダ３０に対する光学素子２０ｃの位置決めが容易となる。
　なお、本変形例では、凸部２２ｂを形成したが、凸部２２ｂに替えて、または凸部２２ｂと共に凹部を形成してもよい。その場合であっても、接着剤２８の光路上に位置する部分への流動を抑制することができる。
　接着剤２８の光路上に位置する部分への流動をより効果的に抑制する観点からは、複数の凹凸を設けることが好ましい。
　また、形成する凹凸の形状は、特に限定されない。例えば、横断面台形状または横断面半円形状の線条の凸部または凹部、円柱状、円錐状、円錐台状の凸部または凹部を設けてもよい。
　また、本変形例では、第２の光入出面２２に凹凸を設ける例について説明したが、第１の光入出面２１や光反射面２３に凹凸を設けてもよい。また、第１及び第２の光入出面２１，２２並びに光反射面２３のうちの２つ以上の面に凹凸を設けてもよい。
１…光学装置
１０…光ファイバ
１０ａ、１０ｂ…光ファイバの端部
１１…発光素子
１２…受光素子
１２ａ…受光素子の受光面
１３…回路基板
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…光学素子
２１…第１の光入出面
２１ａ…レンズ面部
２２…第２の光入出面
２２ａ…レンズ面部
２２ｂ…凸部
２３…光反射面
２４，２５…反射抑制膜
２６，２７…平面部
２８…接着剤
３０…フォルダ
３０ａ…当接面
３０ａ１…凹部

Claims (12)

  1. 　受発光素子と、先端部の光軸が前記受発光素子の光軸と垂直な光ファイバとを備える光学装置において、前記受発光素子と前記光ファイバとの光学的結合に用いられるガラス製の光学素子であって、
    　前記受発光素子に対面する第１の光入出面と、
    　前記光ファイバに対面する第２の光入出面と、
    　前記第１及び第２の光入出面の一方から入射した光を前記第１及び第２の光入出面の他方側へ反射する光反射面と、
    を備え、
    　前記第２の光入出面は、正の光学的パワーを有するレンズ面部を有する、光学素子。
  2. 　光ファイバと受発光素子との光学的結合に用いられるガラス製の光学素子であって、
    　第１及び第２の光入出面と、
    　前記第１及び第２の光入出面の一方から入射した光を前記第１及び第２の光入出面の他方側へ反射する光反射面とを有し、
    　第２の光入出面が、正の光学的パワーを有するレンズ面部を有する、光学素子。
  3. 　前記レンズ面部は、前記レンズ面部から入射した光が前記第１の光入出面上に合焦するような形状に形成されている、請求項１または２に記載の光学素子。
  4. 　前記第１及び第２の光入出面のそれぞれが、正の光学的パワーを有するレンズ面部を有する、請求項１または２に記載の光学素子。
  5. 　ｄ線に対する屈折率（ｎｄ）が１．７５以上である、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学素子。
  6. 　前記レンズ面部が、アレイ状に複数形成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学素子。
  7. 　前記第１及び第２の光入出面のそれぞれの上に形成されている反射抑制膜をさらに備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学素子。
  8. 　モールドプレスにより形成された、請求項１～７のいずれか一項に記載の光学素子。
  9. 　前記第１及び第２の光入出面と前記光反射面とを側面として有し、前記第２の光入出面と前記光反射面とで構成される角部が面取り状に形成されている略三角柱状である、請求項１～８のいずれか一項に記載の光学素子。
  10. 　前記第１の光入出面と前記光反射面とで構成される角部が面取り状に形成されている、請求項９に記載の光学素子。
  11. 　前記第１及び第２の光入出面並びに前記光反射面のうちの少なくともひとつの光路上に位置する部分以外の部分に凹凸が形成されている、請求項１～１０のいずれか一項に記載の光学素子。
  12. 　受発光素子と、
    　先端部の光軸が前記受発光素子の光軸と垂直な光ファイバと、
    　前記受発光素子と前記光ファイバとを光学的に結合しているガラス製の光学素子と、
    を備え、
    　前記光学素子は、前記受発光素子に対面する第１の光入出面と、前記光ファイバに対面する第２の光入出面と、前記第１及び第２の光入出面の一方から入射した光を前記第１及び第２の光入出面の他方側へ反射する光反射面とを備え、前記第２の光入出面は、正の光学的パワーを有するレンズ面部を有する、光学装置。
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