JP2004101848A - マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイを用いた光モジュール、及び光モジュールの位置決め方法 - Google Patents
マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイを用いた光モジュール、及び光モジュールの位置決め方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004101848A JP2004101848A JP2002263341A JP2002263341A JP2004101848A JP 2004101848 A JP2004101848 A JP 2004101848A JP 2002263341 A JP2002263341 A JP 2002263341A JP 2002263341 A JP2002263341 A JP 2002263341A JP 2004101848 A JP2004101848 A JP 2004101848A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- microlenses
- optical
- microlens array
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- 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
- G02B6/327—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends with angled interfaces to reduce reflections
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
【課題】歩留まりの向上と製作コストの低減を図るとともに、性能の向上を図ったマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイを用いた光モジュール、及び光モジュールの位置決め方法を提供すること。
【解決手段】3つのマイクロレンズ341〜343の各光軸が一端面33aおよび傾斜面33bとそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さがマイクロレンズごとに異なっている。このため、一つのレンズ基板33で寸法の異なる3種類の基板厚さを選ぶことができる。これにより、レンズ基板33を交換せずに、最適な基板厚さを選択できる確率が増えるので、平板マイクロレンズアレイ31の不良品率が減少し、その歩留まりが向上する。
【選択図】 図1
【解決手段】3つのマイクロレンズ341〜343の各光軸が一端面33aおよび傾斜面33bとそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さがマイクロレンズごとに異なっている。このため、一つのレンズ基板33で寸法の異なる3種類の基板厚さを選ぶことができる。これにより、レンズ基板33を交換せずに、最適な基板厚さを選択できる確率が増えるので、平板マイクロレンズアレイ31の不良品率が減少し、その歩留まりが向上する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイを用いた光モジュール、及び光モジュールの位置決め方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、図9に示すように、端面が傾斜面21aに研磨された光ファイバ(単一モード光ファイバ)21と、透明なレンズ基板22の一端面22a側にマイクロレンズ23が形成され、その他端面を傾斜面22bに研磨した平板マイクロレンズ24とを備える光モジュールがある。このような光モジュールは、例えば、特願2002−037139号に記載されている。この光モジュールでは、図10に示すように、レンズ・光ファイバ間距離Lが所望の値になるように、平板マイクロレンズ24と光ファイバ21とが位置決めされる。
【0003】
このような光モジュールは、2組使うことでコリメータ光学装置として光通信分野に用いられる。すなわち、このコリメータ光学装置は、2組の上記光モジュールの間に、光機能素子(例えば、光学フィルタ、光アイソレータ、光スイッチ、光変調器等)を挿入することにより、入射側の光ファイバを伝搬してきた光に所定の作用を及ぼしたのち、出射側の光ファイバに結合して伝搬させる機能を有する。
【0004】
このようなコリメータ光学装置には、物理的な寸法が大きい光機能素子(例えば、大規模マトリックススイッチ等)を使用するためには、両光モジュール間でのコリメート長ができるだけ大きくかつ結合効率ができるだけ高いものが要求される。このような要求を満たすためには、上記光モジュールを製作する上で、マイクロレンズ23と光ファイバ21との間の距離、すなわちレンズ・光ファイバ間距離Lを所望の値に精度よく設定することが重要である。その距離Lが所望の値と十数μm違うと、最大コリメート長が異なってしまうので、その距離Lが所望の値になるように十分な配慮が必要とされる。
【0005】
そこで、光ファイバ21と平板マイクロレンズ24とを、所望のレンズ・光ファイバ間距離Lで精度よく配置するために、図11に示すようにレンズ基板22Aの厚さを厚くしたものがある(例えば、特願2002−037139号の図1参照)。また、同様の目的のために、図12に示すようにレンズ基板22に透明なスペーサ25を接合したものがある(例えば、特願2002−037139号の図3参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図11および図12に示す上記従来の光モジュールでは、所望のレンズ・光ファイバ間距離Lが得られるように、レンズ基板22Aやスペーサ25を切削し、研磨する等の加工をするが、いずれの光モジュールの場合にも、加工精度によりレンズ基板の厚さにバラツキが発生してしまう。これにより、モジュールのレンズ・光ファイバ間距離Lが製品ごとにばらつき、一定しないため、上記コリメータ光学装置を構成する場合に、最大コリメート長が目標値からずれてしまう。
【0007】
このため、図11および図12に示す上記従来の光モジュールでは、いずれの場合にも、レンズ基板の基板厚さ(図12の光モジュールでは、レンズ基板22の厚さとスペーサ25の厚さとの和)が変動する。このため、平板マイクロレンズ24の不良品率が増加し、その歩留まりが悪くなるおそれがある。また、レンズ基板の基板厚さを精度良く加工する必要があるため、平板マイクロレンズの製作コストが増大するおそれがある。
【0008】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、歩留まりの向上と製作コストの低減を図るとともに、性能の向上を図ったマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイを用いた光モジュール、及び光モジュールの位置決め方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、透明なレンズ基板の一端面の内側或いは外側に複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイであって、前記レンズ基板の他端面を前記一端面に対して傾いた傾斜面とし、前記複数のマイクロレンズを、該マイクロレンズの各光軸が前記一端面および前記傾斜面とそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さがマイクロレンズごとに異なるように配列したことを要旨とする。
【0010】
この構成により、複数のマイクロレンズの各光軸がレンズ基板の一端面および傾斜面とそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さがマイクロレンズごとに異なっているので、一つのレンズ基板で複数の基板厚さを選べる。これにより、(1)レンズ基板を交換せずに、最適な基板厚さを選択できる確率が増えるので、マイクロレンズアレイの不良品率が減少し、その歩留まりが向上する。(2)レンズ基板の加工精度を厳しくする必要がなくなるので、加工コストが低く抑えられ、その結果、マイクロレンズアレイの製作コストが低減される。(3)光ファイバとの組合せにより光モジュールを構成する場合に、光モジュールの製品ごとにレンズ・光ファイバ間距離Lのばらつきが少なくなるので、2組の光モジュールを使ってコリメータ光学装置を構成する場合に、最大コリメート長の目標値からのずれが少なく、高性能の光モジュールが得られる。
【0011】
なお、ここにいう「最適な基板厚さ」とは、光ファイバ或いは光ファイバアレイとの組合せにより光モジュールを構成する場合、光ファイバとマイクロレンズとが所望のレンズ・光ファイバ間距離Lで位置決めされるようなレンズ基板の厚さをいう。
【0012】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のマイクロレンズアレイにおいて、前記複数のマイクロレンズは、前記基板厚さが異なる方向に一列に配置されていることを要旨とする。
【0013】
この構成により、1本の光ファイバとの組合せにより光モジュールを構成するのに適したマイクロレンズアレイが得られる。つまり、一列に配置した複数のマイクロレンズのいずれか一つを選択することで、1本の光ファイバに対して最適な基板厚さを、マイクロレンズアレイを交換せずに選択できる確率が増える。
【0014】
例えば、複数のマイクロレンズが3つの場合、真中にあるマイクロレンズに対応する前記基板厚さが加工精度により目標値からずれた場合でも、両側にあるいずれか一方のマイクロレンズを選ぶことで、マイクロレンズアレイを交換せずに最適な基板厚さを選択できる確率が増える。
【0015】
請求項3に係る発明は、請求項1に記載のマイクロレンズアレイにおいて、前記複数のマイクロレンズは、2次元にマトリクス配置されていることを要旨とする。
【0016】
この構成により、複数本の光ファイバを有する光ファイバアレイとの組合せにより光モジュールを構成するのに適したマイクロレンズアレイが得られる。つまり、マトリクス配置された複数のマイクロレンズは、各列ごとに基板厚さが異なっているので、いずれか一列のマイクロレンズを選択することで、複数本の光ファイバに対して最適な基板厚さを、マイクロレンズアレイを交換せずに選択できる確率が増える。
【0017】
例えば、列ごとに基板厚さが異なるようにマイクロレンズが3列に配置されている場合で説明する。この場合、真中の列にある各マイクロレンズに対応する前記基板厚さが加工精度により目標値からずれた場合でも、両側のいずれか一方の列を選ぶことで、マイクロレンズアレイを交換せずに最適な基板厚さを選択できる確率が増える。
【0018】
請求項4に係る発明は、請求項1又は2に記載のマイクロレンズアレイと1本の光ファイバとを備え、前記マイクロレンズアレイと前記光ファイバとが所望のレンズ・光ファイバ間距離で位置決めされるマイクロレンズアレイを用いた光モジュールであって、前記複数のマイクロレンズのうち、前記基板厚さが最適な基板厚さに最も近くなるいずれか一つを選択し、該選択した一つのマイクロレンズに対して前記光ファイバが位置決めされることを要旨とする。
【0019】
この構成により、複数のマイクロレンズのいずれか一つを選択することで、1本の光ファイバに対して最適な基板厚さを、マイクロレンズアレイを交換せずに選択できる確率が増える。
【0020】
請求項5に係る発明は、請求項1又は3に記載のマイクロレンズアレイと、光ファイバアレイとを備え、前記マイクロレンズアレイと前記光ファイバアレイとが所望のレンズ・光ファイバ間距離で位置決めされるマイクロレンズアレイを用いた光モジュールであって、2次元にマトリクス配置された前記マイクロレンズのうち、基板厚さが最適な基板厚さに最も近くなるいずれか一列のマイクロレンズを選択し、該選択した一列のマイクロレンズに対して前記光ファイバアレイが位置決めされることを要旨とする。
【0021】
この構成により、2次元にマトリクス配置された複数のマイクロレンズのうちいずれか一列を選択することで、光ファイバアレイに対して最適な基板厚さを、マイクロレンズアレイを交換せずに選択できる確率が増える。
【0022】
請求項6に係る発明は、透明なレンズ基板の一端面の内側或いは外側に複数のマイクロレンズが形成され、その他端面を前記一端面に対して傾いた傾斜面としたマイクロレンズアレイと光ファイバとを所望のレンズ・光ファイバ間距離で位置決めする光モジュールの位置決め方法であって、前記複数のマイクロレンズを、該マイクロレンズの各光軸が前記一端面および前記傾斜面とそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さが異なるように配列するステップと、前記複数のマイクロレンズのうち、基板厚さが最適な基板厚さに最も近くなるいずれか一つのマイクロレンズを選択するステップと、該選択した一つのマイクロレンズに対して前記光ファイバを位置決めするステップとを備えることを要旨とする。
【0023】
この構成により、複数のマイクロレンズの各光軸がレンズ基板の一端面および傾斜面とそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さがマイクロレンズごとに異なっているので、一つのレンズ基板で複数の基板厚さを選べる。これにより、(1)レンズ基板を交換せずに、最適な基板厚さを選択できる確率が増えるので、光モジュールを作製する際に、マイクロレンズアレイの不良品率が減少し、その歩留まりが向上する。(2)レンズ基板の加工精度を厳しくする必要がなくなるので、加工コストが低く抑えられ、その結果、光モジュールの製作コストが低減される。(3)各光ファイバの製品ごとにレンズ・光ファイバ間距離Lのばらつきが少なくなるので、2組の光モジュールを使ってコリメータ光学装置を構成する場合に、最大コリメート長の目標値からのずれが少なく、高性能の光モジュールが得られる。
【0024】
請求項7に係る発明は、請求項6に記載の光モジュールの位置決め方法において、前記いずれか一つのマイクロレンズを選択するステップでは、前記基板厚さが最適な基板厚さに最も近くかつそれより短くなる一つのマイクロレンズを選択し、また、前記光ファイバを位置決めするステップでは、前記マイクロレンズと前記光ファイバとの距離が前記所望のレンズ・光ファイバ間距離になるまで、前記光ファイバを前記マイクロレンズの光軸方向に移動させて前記光ファイバを位置決めすることを要旨とする。
【0025】
この構成により、いずれか一つのマイクロレンズを選んでも最適な基板厚さを選択できない場合には、まず、基板厚さが最適な基板厚さに最も近くかつそれより短くなる一つのマイクロレンズを選択する。次に、マイクロレンズと光ファイバとの距離が所望のレンズ・光ファイバ間距離になるまで、光ファイバをマイクロレンズの光軸方向に移動させて光ファイバを位置決めする。これにより、光ファイバに対して最適な基板厚さを、マイクロレンズアレイを交換せずに選択できる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したマイクロレンズアレイを用いた光モジュールの各実施形態を図面に基づいて説明する。
【0027】
[ 第1実施形態]
図1及び図2は第1実施形態に係るマイクロレンズアレイを用いた光モジュール(以下、単に「光モジュール」という)を示している。この光モジュール30は、マイクロレンズアレイとしての平板マイクロレンズアレイ31と単一モード光ファイバである光ファイバ32とを備えている。
【0028】
平板マイクロレンズアレイ31は、透明なレンズ基板33の一端面33aの内側に3つのマイクロレンズ341〜343が形成されたものである。レンズ基板33の他端面を一端面33aに対して傾いた傾斜面33bとしてある。すなわち、レンズ基板33の一端面33aは、マイクロレンズ341〜343の各光軸に垂直な平坦面である。一方、レンズ基板33の傾斜面33bは、反射光が光源側へ戻るのを防止するために、一端面33aに対して所定角度、例えば8°傾くように研磨されている。
【0029】
また、平板マイクロレンズアレイ31にあっては、3つのマイクロレンズ341〜343を、各マイクロレンズの光軸がレンズ基板33の一端面33aおよび傾斜面33bとそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さが異なるように配列してある。
【0030】
すなわち、レンズ基板33の基板厚さは、傾斜面33bにより図1で上方へ向かうにつれて次第に大きくなる。このように基板厚さがマイクロレンズ341〜343ごとに変化するように、3つのマイクロレンズ341〜343が一列に配置されている。ここでは、マイクロレンズ341は基板厚さの最も小さい個所に位置し、マイクロレンズ343は基板厚さの最も大きい個所に位置し、そして、マイクロレンズ342は基板厚さがその中間となる個所に位置している。これらのマイクロレンズ341〜343は、イオン交換法により形成され、断面が略半円状の屈折率分布を有するレンズ領域である。
【0031】
光ファイバ32の出射端面32aは、反射光が光源側へ戻るのを防止するために、コア中心軸に対して所定角度、例えば8°傾斜した傾斜面に研磨されて
いる。この光ファイバ32は1本であり、キャピラリ35で保持されている。
【0032】
次に、平板マイクロレンズアレイ31と光ファイバ32とが所望のレンズ・光ファイバ間距離Lで位置決めされるように、光モジュール30を製作する手順、つまり光ファイバ32の位置決め方法について説明する。
【0033】
まず、レンズ基板33は、真中にあるマイクロレンズ342に対応する前記基板厚さが「最適な基板厚さ」となるように加工される。ここにいう「最適な基板厚さ」とは、光ファイバ32とマイクロレンズ342を同軸にし、光ファイバ32の出射端面32aをレンズ基板33の傾斜面33bに近接させた状態(図1参照)で、所望のレンズ・光ファイバ間距離Lが得られる基板厚さをいう。なお、所望のレンズ・光ファイバ間距離Lは、マイクロレンズの焦点距離fにほぼ等しい値或いはそれより小さい値である。
【0034】
レンズ基板33は切削や研磨等により加工されるが、マイクロレンズ342に対応する基板厚さが最適な基板厚さになっており、レンズ・光ファイバ間距離Lとなる位置に光ファイバ32が配置されているか否かは、最大コリメート長の測定値が目標値になっているか否かで確認できる。
【0035】
そこで、光ファイバ32を図1に示す位置に配置した状態で、最大コリメート長を測定し、測定値が目標値になっているか否かを判定する。その判定結果がYES、つまり測定値が目標値になっている場合には、光ファイバ32と平板マイクロレンズアレイ31のレンズ基板33とをその位置で一体化することで光モジュール30が出来上がる。
【0036】
一方、その判定結果がNOの場合には、光ファイバ32をレンズ基板33の傾斜面33bに沿って上方或いは下方に平行移動させる。上記最大コリメート長の測定時に、光ファイバ32が、図3の二点鎖線で示すように、レンズ・光ファイバ間距離Lより短い距離L´となる位置にある場合には、マイクロレンズ343を選択して同レンズと同軸になる位置まで光ファイバ32を上方へ平行移動させる。これにより、光ファイバ32をレンズ・光ファイバ間距離L或いは同距離Lに近い位置に位置決めすることができる。この状態で、光ファイバ32と平板マイクロレンズアレイ31のレンズ基板33とをその位置で一体化することで光モジュール30が出来上がる。
【0037】
これとは逆に、上記最大コリメート長の測定時に、光ファイバ32が、レンズ・光ファイバ間距離Lより長い距離となる位置にある場合には、マイクロレンズ341を選択して同レンズと同軸になる位置まで光ファイバ32を下方へ平行移動させる。これにより、光ファイバ32をレンズ・光ファイバ間距離L或いは同距離Lに近い位置に位置決めすることができる。この状態で、光ファイバ32とレンズ基板33とをその位置で一体化することで光モジュール30が出来上がる。
【0038】
以上のように構成された第1実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
(イ)3つのマイクロレンズ341〜343の各光軸が一端面33aおよび傾斜面33bとそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さ(レンズ基板33の厚さ)がマイクロレンズごとに異なっている。このため、一つのレンズ基板33で寸法の異なる3種類の基板厚さを選ぶことができる。これにより、レンズ基板33を交換せずに、最適な基板厚さを選択できる確率が増えるので、平板マイクロレンズアレイ31の不良品率が減少し、その歩留まりが向上する。
【0039】
(ロ)レンズ基板33の加工精度を厳しくする必要がなくなるので、加工コストが低く抑えられ、その結果、平板マイクロレンズアレイ31の製作コストを低減することができる。
【0040】
(ハ)光ファイバ32と平板マイクロレンズアレイ31の組合せにより光モジュール30を構成する場合に、光モジュール30の製品ごとにレンズ・光ファイバ間距離Lのばらつきが少なくなる。このため、2組の光モジュール30を使って上記コリメータ光学装置を構成する場合に、最大コリメート長の目標値からのずれが少なく、高性能の光モジュールが得られる。
【0041】
[ 第2実施形態]
図4は第2実施形態に係る光モジュールを示している。この光モジュール30Aは、マイクロレンズアレイとしての平板マイクロレンズアレイ41と光ファイバアレイ42とを備えている。
【0042】
平板マイクロレンズアレイ41のレンズ基板43の一端面43aには、複数のマイクロレンズ3411〜34mnが、2次元にマトリクス配置されている。すなわち、複数のマイクロレンズ3411〜34mnを、第1列L1から第7列L7の各列ごとに基板厚さが異なるように、1列に10個ずつ、7列に配置してある。一方、光ファイバアレイ42は、5本の光ファイバ421〜425と、これらの光ファイバを保持するキャピラリ45とを備えている。
【0043】
このような構成を有する光モジュール30Aを製作する手順、つまり光ファイバアレイ42の位置決め方法について説明する。
まず、光ファイバ421〜425の出射端面をレンズ基板43の傾斜面43bに近づけ、この状態で最大コリメート長の測定値が目標値になっているか否かを確認しながら、その測定値が目標値になるように、光ファイバアレイ42を傾斜面43bに沿って図4のX方向に平行移動させる。
【0044】
このように前記測定値が目標値になるまで光ファイバアレイ42をX方向に平行移動させて、第1列L1から第7列L7の7列に配置したマイクロレンズ3411〜34mnのうち、いずれか一列のマイクロレンズを選択する。
【0045】
次に、選択した一列のマイクロレンズ、例えば第3列L3のマイクロレンズに対して光ファイバアレイ42の各光ファイバ421〜425を位置決めする。
次に、光ファイバアレイ42を平板マイクロレンズアレイ41に一体化することで、光モジュール30Aが出来上がる。
【0046】
以上のように構成された第2実施形態によれば、上記作用効果(イ)〜(ハ)と同様の作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
(ニ)5本の光ファイバ421〜425を有する光ファイバアレイ42との組合せにより光モジュールを構成するのに適した平板マイクロレンズアレイ41が得られる。
【0047】
(ホ)マトリクス配置された複数のマイクロレンズは、第1列L1から第7列L7の各列ごとに基板厚さが異なっているので、いずれか一列のマイクロレンズを選択することで、光ファイバ421〜425に対して最適な基板厚さを、平板マイクロレンズアレイ41を交換せずに選択できる確率が増える。
【0048】
[ 第3実施形態]
図5は第3実施形態に係る光モジュールを示している。この光モジュール30Bは、マイクロレンズアレイとしての平板マイクロレンズアレイ41と1本の光ファイバ32とを備えている。また、この光モジュール30Bでは、上記第2実施形態において、レンズ基板43の斜線部を切断して、同レンズ基板の他端面を上記傾斜面43bに角度をつけた傾斜面43cとしてある。このため、光ファイバ32をその傾斜面43cに沿ってX方向およびY方向に平行移動させることにより、複数のマイクロレンズ3411〜34mnのうち、基板厚さが最適な基板厚さになる一つのマイクロレンズを選択できるようになっている。
【0049】
この第3実施形態によれば、上記第2実施形態で得られる作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
(ヘ)前記測定値が目標値になるまで光ファイバ32を、傾斜面43cに沿ってX方向およびY方向に平行移動させることで、複数のマイクロレンズ3411〜34mnの一つを選択して最適な基板厚さを選択できる。このため、基板厚さの選択範囲が増え、最適な基板厚さを選択できる確率がより一層増える。
【0050】
[ 第4実施形態]
図6は第4実施形態に係る光モジュールを示している。この光モジュール30Cは、レンズ基板33の一端面33aに非球面型凸レンズである5個のマイクロレンズ341〜345を形成してある点でのみ、上記第1実施形態と異なる。したがって、第4実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
【0051】
[光モジュールの位置決め方法]
次に、光モジュールの位置決め方法を、図7および図8に基づいて説明する。この説明で用いる光モジュール30Dは、レンズ基板33に複数のマイクロレンズとして5つのマイクロレンズ341〜345を設けてある点でのみ図1に示す光モジュール30と異なる。
【0052】
図7に示す光モジュール30Dのレンズ基板33は、その中心、すなわちマイクロレンズ343に対応する基板厚さ(最適な基板厚さ)Dが、下記の式で求まる計算値になるように、その計算値を目標値として加工される。なお、下記の式による計算では、マイクロレンズ343の中心の屈折率分布型ロッドレンズnを1.523、その焦点距離fを700μm、使用波長λを1.55μm、そして、単一モード光ファイバである光ファイバ32のモードフィールド径wを5.25μmとしている。
【0053】
D=n(f+πw2/λ)=1151.2μm
こうして上式で求まる基板厚さの目標値Dが上記最適な基板厚さに相当する。ここで、レンズ基板33の中心部の実際の基板厚さをD´とすると、基板厚さD´が、目標値Dである1151.2μmより厚い場合おける光モジュールの位置決め方法を、図7に基づいて説明する。この説明では、実際の基板厚さをD´を例えば1176.6μmとしている。
【0054】
(ステップ1)まず、光ファイバ32を図7の二点鎖線で示すように中央のマイクロレンズ343と同軸になる位置に配置して、光ファイバ32の出射端面を傾斜面33bに近接させる。
【0055】
(ステップ2)この位置で、最大コリメート長を測定する。このとき、実際の基板厚さD´は目標値Dより大きいので、その測定値は最大コリメート長の目標値にならない。
【0056】
(ステップ3)次に、光ファイバ32がマイクロレンズ342と同軸になる位置まで、光ファイバ32を傾斜面33bに沿って基板厚さが小さくなる方向(図7では上方)へ平行移動させる。つまり、このステップでは、いずれか一つのマイクロレンズを選択する際に、基板厚さが最適な基板厚さ(目標値D)に最も近くかつそれより短くなる一つのマイクロレンズ342を選択する。この状態を図7の実線で示してある。こうしてマイクロレンズ342を選択したときの基板厚さを例えば1143.7μmとすると、この基板厚さは目標値Dよりも7.5μmだけ小さい。
【0057】
(ステップ4)そこで、次に、光ファイバ32を図7に示す位置からマイクロレンズ342の光軸方向でレンズ基板33の傾斜面33bから離れる方向に、7.5μmだけ移動させる。これによって、光ファイバ32は、最適な基板厚さである目標値Dの位置、つまり所望のレンズ・光ファイバ間距離Lの位置になり、この位置で光ファイバ32と平板マイクロレンズアレイ31とを一体化することで光モジュール30Dが出来上がる。
【0058】
次に、レンズ基板33の中心部の実際の基板厚さD´が、目標値Dである1151.2μmより薄い場合おける光モジュールの位置決め方法を、図8に基づいて説明する。この説明では、実際の基板厚さをD´を例えば1130.8μmとしている。
【0059】
この場合には、光ファイバ32を中央のマイクロレンズ343と同軸に配置した位置から、マイクロレンズ343の光軸方向でレンズ基板33の傾斜面33bから離れる方向に、20.4μmだけ移動させる。これによって、光ファイバ32は、最適な基板厚さである目標値Dの位置、つまり所望のレンズ・光ファイバ間距離Lの位置になり、この位置で光ファイバ32と平板マイクロレンズアレイ31とを一体化することで光モジュール30Dが出来上がる。
【0060】
以上説明した光モジュールの位置決め方法によれば、次の作用効果を奏する。複数のマイクロレンズ341〜345のうち、いずれか一つのマイクロレンズを選んでも最適な基板厚さD(例えばD=1151.2μm)を選択できない場合でも、光ファイバ32に対して最適な基板厚さを、マイクロレンズアレイを交換せずに選択できる。
【0061】
[ 変形例]
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・図1に示す上記第1実施形態において、レンズ基板33に設けるマイクロレンズの数を「3」より多くしてもよい。この構成により、レンズ基板33を交換せずに、最適な基板厚さを選択できる確率をより増やすことができる。したがって、平板マイクロレンズアレイ31の不良品率がより一層減少し、その歩留まりがより一層向上する。
【0062】
・上記各実施形態において、レンズ基板33,43の傾斜面33b,43bの角度は、8°に限らず、他の角度にしてもよい。その角度を、反射戻り光を防止できる範囲でできるだけ小さくするとともに、マイクロレンズの数を多くすることにより、複数のマイクロレンズから一つを選択することによる基板厚さの微調整をより細かくすることができる。
【0063】
・図4に示す上記第2実施形態では、光ファイバアレイ42には5本の光ファイバ421〜425を設けてあるが、光ファイバの数は5本に限らず、適宜変更可能である。
【0064】
・図4に示す上記第2実施形態では、光ファイバアレイ42として、5本の光ファイバ421〜425とを一列に配置したものを使用しているが、複数本の光ファイバを2列に配置した光ファイバアレイ42にも本発明は適用可能である。
【0065】
平板マイクロレンズアレイ41のレンズ基板43の一端面43aには、複数のマイクロレンズ3411〜34mnが、2次元にマトリクス配置されている。すなわち、複数のマイクロレンズ3411〜34mnを、第1列L1から第7列L7の各列ごとに基板厚さが異なるように、1列に10個ずつ、7列に配置してある。一方、光ファイバアレイ42は、5本の光ファイバ421〜425と、
・図5に示す上記第3実施形態では、1本の光ファイバ32を設けてあるが、3本程度の光ファイバ32を用いることも可能である。
【0066】
・本発明は、上記各実施形態で示した平板マイクロレンズアレイに限らず、透明なレンズ基板の一端面がマイクロレンズの光軸に垂直な平坦面で、その他端面が傾斜面になっている透明なレンズ基板に複数のマイクロレンズを設けた平板マイクロレンズアレイに広く適用可能である。
【0067】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。(1)レンズ基板を交換せずに、最適な基板厚さを選択できる確率が増えるので、マイクロレンズアレイの不良品率が減少し、その歩留まりが向上する。(2)レンズ基板の加工精度を厳しくする必要がなくなるので、加工コストが低く抑えられ、その結果、マイクロレンズアレイの製作コストが低減される。(3)光ファイバとの組合せにより光モジュールを構成する場合に、光モジュールの製品ごとにレンズ・光ファイバ間距離Lのばらつきが少なくなるので、2組の光モジュールを使ってコリメータ光学装置を構成する場合に、最大コリメート長の目標値からのずれが少なく、高性能の光モジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る光モジュールを示す概略構成図。
【図2】図1のA矢視図。
【図3】図1の光モジュールの位置決め方法を示す説明図。
【図4】第2実施形態に係る光モジュールを示す概略構成図。
【図5】第3実施形態に係る光モジュールを示す概略構成図。
【図6】第4実施形態に係る光モジュールを示す概略構成図。
【図7】光モジュールの位置決め方法を示す説明図。
【図8】光モジュールの位置決め方法を示す説明図。
【図9】従来の光モジュールを示す概略構成図。
【図10】図9に示す光モジュールの位置決め状態を示す説明図。
【図11】別の従来例を示す概略構成図。
【図12】さらに別の従来例を示す概略構成図。
【符号の説明】
30,30A,30B,30C,30D……光モジュール、31,41…平板マイクロレンズアレイ(マイクロレンズアレイ)、32,421〜425…光ファイバ、33,43…レンズ基板、33a,43a…一端面、33b,43b,43c…傾斜面、341〜343,341〜345,3411〜34mn…マイクロレンズ、42…光ファイバアレイ、L…レンズ・光ファイバ間距離。
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイを用いた光モジュール、及び光モジュールの位置決め方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、図9に示すように、端面が傾斜面21aに研磨された光ファイバ(単一モード光ファイバ)21と、透明なレンズ基板22の一端面22a側にマイクロレンズ23が形成され、その他端面を傾斜面22bに研磨した平板マイクロレンズ24とを備える光モジュールがある。このような光モジュールは、例えば、特願2002−037139号に記載されている。この光モジュールでは、図10に示すように、レンズ・光ファイバ間距離Lが所望の値になるように、平板マイクロレンズ24と光ファイバ21とが位置決めされる。
【0003】
このような光モジュールは、2組使うことでコリメータ光学装置として光通信分野に用いられる。すなわち、このコリメータ光学装置は、2組の上記光モジュールの間に、光機能素子(例えば、光学フィルタ、光アイソレータ、光スイッチ、光変調器等)を挿入することにより、入射側の光ファイバを伝搬してきた光に所定の作用を及ぼしたのち、出射側の光ファイバに結合して伝搬させる機能を有する。
【0004】
このようなコリメータ光学装置には、物理的な寸法が大きい光機能素子(例えば、大規模マトリックススイッチ等)を使用するためには、両光モジュール間でのコリメート長ができるだけ大きくかつ結合効率ができるだけ高いものが要求される。このような要求を満たすためには、上記光モジュールを製作する上で、マイクロレンズ23と光ファイバ21との間の距離、すなわちレンズ・光ファイバ間距離Lを所望の値に精度よく設定することが重要である。その距離Lが所望の値と十数μm違うと、最大コリメート長が異なってしまうので、その距離Lが所望の値になるように十分な配慮が必要とされる。
【0005】
そこで、光ファイバ21と平板マイクロレンズ24とを、所望のレンズ・光ファイバ間距離Lで精度よく配置するために、図11に示すようにレンズ基板22Aの厚さを厚くしたものがある(例えば、特願2002−037139号の図1参照)。また、同様の目的のために、図12に示すようにレンズ基板22に透明なスペーサ25を接合したものがある(例えば、特願2002−037139号の図3参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図11および図12に示す上記従来の光モジュールでは、所望のレンズ・光ファイバ間距離Lが得られるように、レンズ基板22Aやスペーサ25を切削し、研磨する等の加工をするが、いずれの光モジュールの場合にも、加工精度によりレンズ基板の厚さにバラツキが発生してしまう。これにより、モジュールのレンズ・光ファイバ間距離Lが製品ごとにばらつき、一定しないため、上記コリメータ光学装置を構成する場合に、最大コリメート長が目標値からずれてしまう。
【0007】
このため、図11および図12に示す上記従来の光モジュールでは、いずれの場合にも、レンズ基板の基板厚さ(図12の光モジュールでは、レンズ基板22の厚さとスペーサ25の厚さとの和)が変動する。このため、平板マイクロレンズ24の不良品率が増加し、その歩留まりが悪くなるおそれがある。また、レンズ基板の基板厚さを精度良く加工する必要があるため、平板マイクロレンズの製作コストが増大するおそれがある。
【0008】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、歩留まりの向上と製作コストの低減を図るとともに、性能の向上を図ったマイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイを用いた光モジュール、及び光モジュールの位置決め方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、透明なレンズ基板の一端面の内側或いは外側に複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイであって、前記レンズ基板の他端面を前記一端面に対して傾いた傾斜面とし、前記複数のマイクロレンズを、該マイクロレンズの各光軸が前記一端面および前記傾斜面とそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さがマイクロレンズごとに異なるように配列したことを要旨とする。
【0010】
この構成により、複数のマイクロレンズの各光軸がレンズ基板の一端面および傾斜面とそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さがマイクロレンズごとに異なっているので、一つのレンズ基板で複数の基板厚さを選べる。これにより、(1)レンズ基板を交換せずに、最適な基板厚さを選択できる確率が増えるので、マイクロレンズアレイの不良品率が減少し、その歩留まりが向上する。(2)レンズ基板の加工精度を厳しくする必要がなくなるので、加工コストが低く抑えられ、その結果、マイクロレンズアレイの製作コストが低減される。(3)光ファイバとの組合せにより光モジュールを構成する場合に、光モジュールの製品ごとにレンズ・光ファイバ間距離Lのばらつきが少なくなるので、2組の光モジュールを使ってコリメータ光学装置を構成する場合に、最大コリメート長の目標値からのずれが少なく、高性能の光モジュールが得られる。
【0011】
なお、ここにいう「最適な基板厚さ」とは、光ファイバ或いは光ファイバアレイとの組合せにより光モジュールを構成する場合、光ファイバとマイクロレンズとが所望のレンズ・光ファイバ間距離Lで位置決めされるようなレンズ基板の厚さをいう。
【0012】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のマイクロレンズアレイにおいて、前記複数のマイクロレンズは、前記基板厚さが異なる方向に一列に配置されていることを要旨とする。
【0013】
この構成により、1本の光ファイバとの組合せにより光モジュールを構成するのに適したマイクロレンズアレイが得られる。つまり、一列に配置した複数のマイクロレンズのいずれか一つを選択することで、1本の光ファイバに対して最適な基板厚さを、マイクロレンズアレイを交換せずに選択できる確率が増える。
【0014】
例えば、複数のマイクロレンズが3つの場合、真中にあるマイクロレンズに対応する前記基板厚さが加工精度により目標値からずれた場合でも、両側にあるいずれか一方のマイクロレンズを選ぶことで、マイクロレンズアレイを交換せずに最適な基板厚さを選択できる確率が増える。
【0015】
請求項3に係る発明は、請求項1に記載のマイクロレンズアレイにおいて、前記複数のマイクロレンズは、2次元にマトリクス配置されていることを要旨とする。
【0016】
この構成により、複数本の光ファイバを有する光ファイバアレイとの組合せにより光モジュールを構成するのに適したマイクロレンズアレイが得られる。つまり、マトリクス配置された複数のマイクロレンズは、各列ごとに基板厚さが異なっているので、いずれか一列のマイクロレンズを選択することで、複数本の光ファイバに対して最適な基板厚さを、マイクロレンズアレイを交換せずに選択できる確率が増える。
【0017】
例えば、列ごとに基板厚さが異なるようにマイクロレンズが3列に配置されている場合で説明する。この場合、真中の列にある各マイクロレンズに対応する前記基板厚さが加工精度により目標値からずれた場合でも、両側のいずれか一方の列を選ぶことで、マイクロレンズアレイを交換せずに最適な基板厚さを選択できる確率が増える。
【0018】
請求項4に係る発明は、請求項1又は2に記載のマイクロレンズアレイと1本の光ファイバとを備え、前記マイクロレンズアレイと前記光ファイバとが所望のレンズ・光ファイバ間距離で位置決めされるマイクロレンズアレイを用いた光モジュールであって、前記複数のマイクロレンズのうち、前記基板厚さが最適な基板厚さに最も近くなるいずれか一つを選択し、該選択した一つのマイクロレンズに対して前記光ファイバが位置決めされることを要旨とする。
【0019】
この構成により、複数のマイクロレンズのいずれか一つを選択することで、1本の光ファイバに対して最適な基板厚さを、マイクロレンズアレイを交換せずに選択できる確率が増える。
【0020】
請求項5に係る発明は、請求項1又は3に記載のマイクロレンズアレイと、光ファイバアレイとを備え、前記マイクロレンズアレイと前記光ファイバアレイとが所望のレンズ・光ファイバ間距離で位置決めされるマイクロレンズアレイを用いた光モジュールであって、2次元にマトリクス配置された前記マイクロレンズのうち、基板厚さが最適な基板厚さに最も近くなるいずれか一列のマイクロレンズを選択し、該選択した一列のマイクロレンズに対して前記光ファイバアレイが位置決めされることを要旨とする。
【0021】
この構成により、2次元にマトリクス配置された複数のマイクロレンズのうちいずれか一列を選択することで、光ファイバアレイに対して最適な基板厚さを、マイクロレンズアレイを交換せずに選択できる確率が増える。
【0022】
請求項6に係る発明は、透明なレンズ基板の一端面の内側或いは外側に複数のマイクロレンズが形成され、その他端面を前記一端面に対して傾いた傾斜面としたマイクロレンズアレイと光ファイバとを所望のレンズ・光ファイバ間距離で位置決めする光モジュールの位置決め方法であって、前記複数のマイクロレンズを、該マイクロレンズの各光軸が前記一端面および前記傾斜面とそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さが異なるように配列するステップと、前記複数のマイクロレンズのうち、基板厚さが最適な基板厚さに最も近くなるいずれか一つのマイクロレンズを選択するステップと、該選択した一つのマイクロレンズに対して前記光ファイバを位置決めするステップとを備えることを要旨とする。
【0023】
この構成により、複数のマイクロレンズの各光軸がレンズ基板の一端面および傾斜面とそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さがマイクロレンズごとに異なっているので、一つのレンズ基板で複数の基板厚さを選べる。これにより、(1)レンズ基板を交換せずに、最適な基板厚さを選択できる確率が増えるので、光モジュールを作製する際に、マイクロレンズアレイの不良品率が減少し、その歩留まりが向上する。(2)レンズ基板の加工精度を厳しくする必要がなくなるので、加工コストが低く抑えられ、その結果、光モジュールの製作コストが低減される。(3)各光ファイバの製品ごとにレンズ・光ファイバ間距離Lのばらつきが少なくなるので、2組の光モジュールを使ってコリメータ光学装置を構成する場合に、最大コリメート長の目標値からのずれが少なく、高性能の光モジュールが得られる。
【0024】
請求項7に係る発明は、請求項6に記載の光モジュールの位置決め方法において、前記いずれか一つのマイクロレンズを選択するステップでは、前記基板厚さが最適な基板厚さに最も近くかつそれより短くなる一つのマイクロレンズを選択し、また、前記光ファイバを位置決めするステップでは、前記マイクロレンズと前記光ファイバとの距離が前記所望のレンズ・光ファイバ間距離になるまで、前記光ファイバを前記マイクロレンズの光軸方向に移動させて前記光ファイバを位置決めすることを要旨とする。
【0025】
この構成により、いずれか一つのマイクロレンズを選んでも最適な基板厚さを選択できない場合には、まず、基板厚さが最適な基板厚さに最も近くかつそれより短くなる一つのマイクロレンズを選択する。次に、マイクロレンズと光ファイバとの距離が所望のレンズ・光ファイバ間距離になるまで、光ファイバをマイクロレンズの光軸方向に移動させて光ファイバを位置決めする。これにより、光ファイバに対して最適な基板厚さを、マイクロレンズアレイを交換せずに選択できる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したマイクロレンズアレイを用いた光モジュールの各実施形態を図面に基づいて説明する。
【0027】
[ 第1実施形態]
図1及び図2は第1実施形態に係るマイクロレンズアレイを用いた光モジュール(以下、単に「光モジュール」という)を示している。この光モジュール30は、マイクロレンズアレイとしての平板マイクロレンズアレイ31と単一モード光ファイバである光ファイバ32とを備えている。
【0028】
平板マイクロレンズアレイ31は、透明なレンズ基板33の一端面33aの内側に3つのマイクロレンズ341〜343が形成されたものである。レンズ基板33の他端面を一端面33aに対して傾いた傾斜面33bとしてある。すなわち、レンズ基板33の一端面33aは、マイクロレンズ341〜343の各光軸に垂直な平坦面である。一方、レンズ基板33の傾斜面33bは、反射光が光源側へ戻るのを防止するために、一端面33aに対して所定角度、例えば8°傾くように研磨されている。
【0029】
また、平板マイクロレンズアレイ31にあっては、3つのマイクロレンズ341〜343を、各マイクロレンズの光軸がレンズ基板33の一端面33aおよび傾斜面33bとそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さが異なるように配列してある。
【0030】
すなわち、レンズ基板33の基板厚さは、傾斜面33bにより図1で上方へ向かうにつれて次第に大きくなる。このように基板厚さがマイクロレンズ341〜343ごとに変化するように、3つのマイクロレンズ341〜343が一列に配置されている。ここでは、マイクロレンズ341は基板厚さの最も小さい個所に位置し、マイクロレンズ343は基板厚さの最も大きい個所に位置し、そして、マイクロレンズ342は基板厚さがその中間となる個所に位置している。これらのマイクロレンズ341〜343は、イオン交換法により形成され、断面が略半円状の屈折率分布を有するレンズ領域である。
【0031】
光ファイバ32の出射端面32aは、反射光が光源側へ戻るのを防止するために、コア中心軸に対して所定角度、例えば8°傾斜した傾斜面に研磨されて
いる。この光ファイバ32は1本であり、キャピラリ35で保持されている。
【0032】
次に、平板マイクロレンズアレイ31と光ファイバ32とが所望のレンズ・光ファイバ間距離Lで位置決めされるように、光モジュール30を製作する手順、つまり光ファイバ32の位置決め方法について説明する。
【0033】
まず、レンズ基板33は、真中にあるマイクロレンズ342に対応する前記基板厚さが「最適な基板厚さ」となるように加工される。ここにいう「最適な基板厚さ」とは、光ファイバ32とマイクロレンズ342を同軸にし、光ファイバ32の出射端面32aをレンズ基板33の傾斜面33bに近接させた状態(図1参照)で、所望のレンズ・光ファイバ間距離Lが得られる基板厚さをいう。なお、所望のレンズ・光ファイバ間距離Lは、マイクロレンズの焦点距離fにほぼ等しい値或いはそれより小さい値である。
【0034】
レンズ基板33は切削や研磨等により加工されるが、マイクロレンズ342に対応する基板厚さが最適な基板厚さになっており、レンズ・光ファイバ間距離Lとなる位置に光ファイバ32が配置されているか否かは、最大コリメート長の測定値が目標値になっているか否かで確認できる。
【0035】
そこで、光ファイバ32を図1に示す位置に配置した状態で、最大コリメート長を測定し、測定値が目標値になっているか否かを判定する。その判定結果がYES、つまり測定値が目標値になっている場合には、光ファイバ32と平板マイクロレンズアレイ31のレンズ基板33とをその位置で一体化することで光モジュール30が出来上がる。
【0036】
一方、その判定結果がNOの場合には、光ファイバ32をレンズ基板33の傾斜面33bに沿って上方或いは下方に平行移動させる。上記最大コリメート長の測定時に、光ファイバ32が、図3の二点鎖線で示すように、レンズ・光ファイバ間距離Lより短い距離L´となる位置にある場合には、マイクロレンズ343を選択して同レンズと同軸になる位置まで光ファイバ32を上方へ平行移動させる。これにより、光ファイバ32をレンズ・光ファイバ間距離L或いは同距離Lに近い位置に位置決めすることができる。この状態で、光ファイバ32と平板マイクロレンズアレイ31のレンズ基板33とをその位置で一体化することで光モジュール30が出来上がる。
【0037】
これとは逆に、上記最大コリメート長の測定時に、光ファイバ32が、レンズ・光ファイバ間距離Lより長い距離となる位置にある場合には、マイクロレンズ341を選択して同レンズと同軸になる位置まで光ファイバ32を下方へ平行移動させる。これにより、光ファイバ32をレンズ・光ファイバ間距離L或いは同距離Lに近い位置に位置決めすることができる。この状態で、光ファイバ32とレンズ基板33とをその位置で一体化することで光モジュール30が出来上がる。
【0038】
以上のように構成された第1実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
(イ)3つのマイクロレンズ341〜343の各光軸が一端面33aおよび傾斜面33bとそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さ(レンズ基板33の厚さ)がマイクロレンズごとに異なっている。このため、一つのレンズ基板33で寸法の異なる3種類の基板厚さを選ぶことができる。これにより、レンズ基板33を交換せずに、最適な基板厚さを選択できる確率が増えるので、平板マイクロレンズアレイ31の不良品率が減少し、その歩留まりが向上する。
【0039】
(ロ)レンズ基板33の加工精度を厳しくする必要がなくなるので、加工コストが低く抑えられ、その結果、平板マイクロレンズアレイ31の製作コストを低減することができる。
【0040】
(ハ)光ファイバ32と平板マイクロレンズアレイ31の組合せにより光モジュール30を構成する場合に、光モジュール30の製品ごとにレンズ・光ファイバ間距離Lのばらつきが少なくなる。このため、2組の光モジュール30を使って上記コリメータ光学装置を構成する場合に、最大コリメート長の目標値からのずれが少なく、高性能の光モジュールが得られる。
【0041】
[ 第2実施形態]
図4は第2実施形態に係る光モジュールを示している。この光モジュール30Aは、マイクロレンズアレイとしての平板マイクロレンズアレイ41と光ファイバアレイ42とを備えている。
【0042】
平板マイクロレンズアレイ41のレンズ基板43の一端面43aには、複数のマイクロレンズ3411〜34mnが、2次元にマトリクス配置されている。すなわち、複数のマイクロレンズ3411〜34mnを、第1列L1から第7列L7の各列ごとに基板厚さが異なるように、1列に10個ずつ、7列に配置してある。一方、光ファイバアレイ42は、5本の光ファイバ421〜425と、これらの光ファイバを保持するキャピラリ45とを備えている。
【0043】
このような構成を有する光モジュール30Aを製作する手順、つまり光ファイバアレイ42の位置決め方法について説明する。
まず、光ファイバ421〜425の出射端面をレンズ基板43の傾斜面43bに近づけ、この状態で最大コリメート長の測定値が目標値になっているか否かを確認しながら、その測定値が目標値になるように、光ファイバアレイ42を傾斜面43bに沿って図4のX方向に平行移動させる。
【0044】
このように前記測定値が目標値になるまで光ファイバアレイ42をX方向に平行移動させて、第1列L1から第7列L7の7列に配置したマイクロレンズ3411〜34mnのうち、いずれか一列のマイクロレンズを選択する。
【0045】
次に、選択した一列のマイクロレンズ、例えば第3列L3のマイクロレンズに対して光ファイバアレイ42の各光ファイバ421〜425を位置決めする。
次に、光ファイバアレイ42を平板マイクロレンズアレイ41に一体化することで、光モジュール30Aが出来上がる。
【0046】
以上のように構成された第2実施形態によれば、上記作用効果(イ)〜(ハ)と同様の作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
(ニ)5本の光ファイバ421〜425を有する光ファイバアレイ42との組合せにより光モジュールを構成するのに適した平板マイクロレンズアレイ41が得られる。
【0047】
(ホ)マトリクス配置された複数のマイクロレンズは、第1列L1から第7列L7の各列ごとに基板厚さが異なっているので、いずれか一列のマイクロレンズを選択することで、光ファイバ421〜425に対して最適な基板厚さを、平板マイクロレンズアレイ41を交換せずに選択できる確率が増える。
【0048】
[ 第3実施形態]
図5は第3実施形態に係る光モジュールを示している。この光モジュール30Bは、マイクロレンズアレイとしての平板マイクロレンズアレイ41と1本の光ファイバ32とを備えている。また、この光モジュール30Bでは、上記第2実施形態において、レンズ基板43の斜線部を切断して、同レンズ基板の他端面を上記傾斜面43bに角度をつけた傾斜面43cとしてある。このため、光ファイバ32をその傾斜面43cに沿ってX方向およびY方向に平行移動させることにより、複数のマイクロレンズ3411〜34mnのうち、基板厚さが最適な基板厚さになる一つのマイクロレンズを選択できるようになっている。
【0049】
この第3実施形態によれば、上記第2実施形態で得られる作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
(ヘ)前記測定値が目標値になるまで光ファイバ32を、傾斜面43cに沿ってX方向およびY方向に平行移動させることで、複数のマイクロレンズ3411〜34mnの一つを選択して最適な基板厚さを選択できる。このため、基板厚さの選択範囲が増え、最適な基板厚さを選択できる確率がより一層増える。
【0050】
[ 第4実施形態]
図6は第4実施形態に係る光モジュールを示している。この光モジュール30Cは、レンズ基板33の一端面33aに非球面型凸レンズである5個のマイクロレンズ341〜345を形成してある点でのみ、上記第1実施形態と異なる。したがって、第4実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
【0051】
[光モジュールの位置決め方法]
次に、光モジュールの位置決め方法を、図7および図8に基づいて説明する。この説明で用いる光モジュール30Dは、レンズ基板33に複数のマイクロレンズとして5つのマイクロレンズ341〜345を設けてある点でのみ図1に示す光モジュール30と異なる。
【0052】
図7に示す光モジュール30Dのレンズ基板33は、その中心、すなわちマイクロレンズ343に対応する基板厚さ(最適な基板厚さ)Dが、下記の式で求まる計算値になるように、その計算値を目標値として加工される。なお、下記の式による計算では、マイクロレンズ343の中心の屈折率分布型ロッドレンズnを1.523、その焦点距離fを700μm、使用波長λを1.55μm、そして、単一モード光ファイバである光ファイバ32のモードフィールド径wを5.25μmとしている。
【0053】
D=n(f+πw2/λ)=1151.2μm
こうして上式で求まる基板厚さの目標値Dが上記最適な基板厚さに相当する。ここで、レンズ基板33の中心部の実際の基板厚さをD´とすると、基板厚さD´が、目標値Dである1151.2μmより厚い場合おける光モジュールの位置決め方法を、図7に基づいて説明する。この説明では、実際の基板厚さをD´を例えば1176.6μmとしている。
【0054】
(ステップ1)まず、光ファイバ32を図7の二点鎖線で示すように中央のマイクロレンズ343と同軸になる位置に配置して、光ファイバ32の出射端面を傾斜面33bに近接させる。
【0055】
(ステップ2)この位置で、最大コリメート長を測定する。このとき、実際の基板厚さD´は目標値Dより大きいので、その測定値は最大コリメート長の目標値にならない。
【0056】
(ステップ3)次に、光ファイバ32がマイクロレンズ342と同軸になる位置まで、光ファイバ32を傾斜面33bに沿って基板厚さが小さくなる方向(図7では上方)へ平行移動させる。つまり、このステップでは、いずれか一つのマイクロレンズを選択する際に、基板厚さが最適な基板厚さ(目標値D)に最も近くかつそれより短くなる一つのマイクロレンズ342を選択する。この状態を図7の実線で示してある。こうしてマイクロレンズ342を選択したときの基板厚さを例えば1143.7μmとすると、この基板厚さは目標値Dよりも7.5μmだけ小さい。
【0057】
(ステップ4)そこで、次に、光ファイバ32を図7に示す位置からマイクロレンズ342の光軸方向でレンズ基板33の傾斜面33bから離れる方向に、7.5μmだけ移動させる。これによって、光ファイバ32は、最適な基板厚さである目標値Dの位置、つまり所望のレンズ・光ファイバ間距離Lの位置になり、この位置で光ファイバ32と平板マイクロレンズアレイ31とを一体化することで光モジュール30Dが出来上がる。
【0058】
次に、レンズ基板33の中心部の実際の基板厚さD´が、目標値Dである1151.2μmより薄い場合おける光モジュールの位置決め方法を、図8に基づいて説明する。この説明では、実際の基板厚さをD´を例えば1130.8μmとしている。
【0059】
この場合には、光ファイバ32を中央のマイクロレンズ343と同軸に配置した位置から、マイクロレンズ343の光軸方向でレンズ基板33の傾斜面33bから離れる方向に、20.4μmだけ移動させる。これによって、光ファイバ32は、最適な基板厚さである目標値Dの位置、つまり所望のレンズ・光ファイバ間距離Lの位置になり、この位置で光ファイバ32と平板マイクロレンズアレイ31とを一体化することで光モジュール30Dが出来上がる。
【0060】
以上説明した光モジュールの位置決め方法によれば、次の作用効果を奏する。複数のマイクロレンズ341〜345のうち、いずれか一つのマイクロレンズを選んでも最適な基板厚さD(例えばD=1151.2μm)を選択できない場合でも、光ファイバ32に対して最適な基板厚さを、マイクロレンズアレイを交換せずに選択できる。
【0061】
[ 変形例]
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・図1に示す上記第1実施形態において、レンズ基板33に設けるマイクロレンズの数を「3」より多くしてもよい。この構成により、レンズ基板33を交換せずに、最適な基板厚さを選択できる確率をより増やすことができる。したがって、平板マイクロレンズアレイ31の不良品率がより一層減少し、その歩留まりがより一層向上する。
【0062】
・上記各実施形態において、レンズ基板33,43の傾斜面33b,43bの角度は、8°に限らず、他の角度にしてもよい。その角度を、反射戻り光を防止できる範囲でできるだけ小さくするとともに、マイクロレンズの数を多くすることにより、複数のマイクロレンズから一つを選択することによる基板厚さの微調整をより細かくすることができる。
【0063】
・図4に示す上記第2実施形態では、光ファイバアレイ42には5本の光ファイバ421〜425を設けてあるが、光ファイバの数は5本に限らず、適宜変更可能である。
【0064】
・図4に示す上記第2実施形態では、光ファイバアレイ42として、5本の光ファイバ421〜425とを一列に配置したものを使用しているが、複数本の光ファイバを2列に配置した光ファイバアレイ42にも本発明は適用可能である。
【0065】
平板マイクロレンズアレイ41のレンズ基板43の一端面43aには、複数のマイクロレンズ3411〜34mnが、2次元にマトリクス配置されている。すなわち、複数のマイクロレンズ3411〜34mnを、第1列L1から第7列L7の各列ごとに基板厚さが異なるように、1列に10個ずつ、7列に配置してある。一方、光ファイバアレイ42は、5本の光ファイバ421〜425と、
・図5に示す上記第3実施形態では、1本の光ファイバ32を設けてあるが、3本程度の光ファイバ32を用いることも可能である。
【0066】
・本発明は、上記各実施形態で示した平板マイクロレンズアレイに限らず、透明なレンズ基板の一端面がマイクロレンズの光軸に垂直な平坦面で、その他端面が傾斜面になっている透明なレンズ基板に複数のマイクロレンズを設けた平板マイクロレンズアレイに広く適用可能である。
【0067】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。(1)レンズ基板を交換せずに、最適な基板厚さを選択できる確率が増えるので、マイクロレンズアレイの不良品率が減少し、その歩留まりが向上する。(2)レンズ基板の加工精度を厳しくする必要がなくなるので、加工コストが低く抑えられ、その結果、マイクロレンズアレイの製作コストが低減される。(3)光ファイバとの組合せにより光モジュールを構成する場合に、光モジュールの製品ごとにレンズ・光ファイバ間距離Lのばらつきが少なくなるので、2組の光モジュールを使ってコリメータ光学装置を構成する場合に、最大コリメート長の目標値からのずれが少なく、高性能の光モジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る光モジュールを示す概略構成図。
【図2】図1のA矢視図。
【図3】図1の光モジュールの位置決め方法を示す説明図。
【図4】第2実施形態に係る光モジュールを示す概略構成図。
【図5】第3実施形態に係る光モジュールを示す概略構成図。
【図6】第4実施形態に係る光モジュールを示す概略構成図。
【図7】光モジュールの位置決め方法を示す説明図。
【図8】光モジュールの位置決め方法を示す説明図。
【図9】従来の光モジュールを示す概略構成図。
【図10】図9に示す光モジュールの位置決め状態を示す説明図。
【図11】別の従来例を示す概略構成図。
【図12】さらに別の従来例を示す概略構成図。
【符号の説明】
30,30A,30B,30C,30D……光モジュール、31,41…平板マイクロレンズアレイ(マイクロレンズアレイ)、32,421〜425…光ファイバ、33,43…レンズ基板、33a,43a…一端面、33b,43b,43c…傾斜面、341〜343,341〜345,3411〜34mn…マイクロレンズ、42…光ファイバアレイ、L…レンズ・光ファイバ間距離。
Claims (7)
- 透明なレンズ基板の一端面の内側或いは外側に複数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイであって、
前記レンズ基板の他端面を前記一端面に対して傾いた傾斜面とし、前記複数のマイクロレンズを、該マイクロレンズの各光軸が前記一端面および前記傾斜面とそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さがマイクロレンズごとに異なるように配列したことを特徴とするマイクロレンズアレイ。 - 前記複数のマイクロレンズは、前記基板厚さが異なる方向に一列に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレイ。
- 前記複数のマイクロレンズは、2次元にマトリクス配置されていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロレンズアレイ。
- 請求項1又は2に記載のマイクロレンズアレイと1本の光ファイバとを備え、前記マイクロレンズアレイと前記光ファイバとが所望のレンズ・光ファイバ間距離で位置決めされるマイクロレンズアレイを用いた光モジュールであって、
前記複数のマイクロレンズのうち、前記基板厚さが最適な基板厚さに最も近くなるいずれか一つを選択し、該選択した一つのマイクロレンズに対して前記光ファイバが位置決めされることを特徴とするマイクロレンズアレイを用いた光モジュール。 - 請求項1又は3に記載のマイクロレンズアレイと、光ファイバアレイとを備え、前記マイクロレンズアレイと前記光ファイバアレイとが所望のレンズ・光ファイバ間距離で位置決めされるマイクロレンズアレイを用いた光モジュールであって、
2次元にマトリクス配置された前記マイクロレンズのうち、基板厚さが最適な基板厚さに最も近くなるいずれか一列のマイクロレンズを選択し、該選択した一列のマイクロレンズに対して前記光ファイバアレイが位置決めされることを特徴とするマイクロレンズアレイを用いた光モジュール。 - 透明なレンズ基板の一端面の内側或いは外側に複数のマイクロレンズが形成され、その他端面を前記一端面に対して傾いた傾斜面としたマイクロレンズアレイと光ファイバとを所望のレンズ・光ファイバ間距離で位置決めする光モジュールの位置決め方法であって、
前記複数のマイクロレンズを、該マイクロレンズの各光軸が前記一端面および前記傾斜面とそれぞれ交差する2つの交点間の基板厚さが異なるように配列するステップと、
前記複数のマイクロレンズのうち、基板厚さが最適な基板厚さに最も近くなるいずれか一つのマイクロレンズを選択するステップと、
該選択した一つのマイクロレンズに対して前記光ファイバを位置決めするステップとを備えることを特徴とする光モジュールの位置決め方法。 - 前記いずれか一つのマイクロレンズを選択するステップでは、前記基板厚さが最適な基板厚さに最も近くかつそれより短くなる一つのマイクロレンズを選択し、また、前記光ファイバを位置決めするステップでは、前記マイクロレンズと前記光ファイバとの距離が前記所望のレンズ・光ファイバ間距離になるまで、前記光ファイバを前記マイクロレンズの光軸方向に移動させて前記光ファイバを位置決めすることを特徴とする請求項6に記載の光モジュールの位置決め方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002263341A JP2004101848A (ja) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイを用いた光モジュール、及び光モジュールの位置決め方法 |
US10/653,076 US20040047557A1 (en) | 2002-09-09 | 2003-09-03 | Microlens array, optical module using the microlens array, and method for determining position of optical module |
CA002439386A CA2439386A1 (en) | 2002-09-09 | 2003-09-03 | Microlens array, optical module using the microlens array, and method for determining position of optical module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002263341A JP2004101848A (ja) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイを用いた光モジュール、及び光モジュールの位置決め方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004101848A true JP2004101848A (ja) | 2004-04-02 |
Family
ID=31986441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002263341A Pending JP2004101848A (ja) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイを用いた光モジュール、及び光モジュールの位置決め方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20040047557A1 (ja) |
JP (1) | JP2004101848A (ja) |
CA (1) | CA2439386A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011191646A (ja) * | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光学装置の製造方法及び光学装置 |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003241005A (ja) * | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 光モジュール |
JP2004101962A (ja) * | 2002-09-10 | 2004-04-02 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 光モジュール |
JP2005070073A (ja) * | 2003-08-21 | 2005-03-17 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 光ファイバコリメータ |
US20110268387A1 (en) * | 2010-04-28 | 2011-11-03 | Gregor Popp | Two Dimensional Fiber Collimator Array With High Return Loss |
CN103901548B (zh) * | 2012-12-28 | 2016-12-28 | 华为技术有限公司 | 光学器件和光组件 |
CN110692002B (zh) * | 2017-06-02 | 2021-11-05 | 古河电气工业株式会社 | 光连接器以及光连接器连接结构 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6556349B2 (en) * | 2000-12-27 | 2003-04-29 | Honeywell International Inc. | Variable focal length micro lens array field curvature corrector |
-
2002
- 2002-09-09 JP JP2002263341A patent/JP2004101848A/ja active Pending
-
2003
- 2003-09-03 CA CA002439386A patent/CA2439386A1/en not_active Abandoned
- 2003-09-03 US US10/653,076 patent/US20040047557A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011191646A (ja) * | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | 光学装置の製造方法及び光学装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20040047557A1 (en) | 2004-03-11 |
CA2439386A1 (en) | 2004-03-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6563976B1 (en) | Cost-effective wavelength division multiplexer and demultiplexer | |
JP3917491B2 (ja) | レンズアレイ及びレーザ集光装置 | |
US7263249B2 (en) | Optical element assembly and method of making the same | |
WO2012124433A1 (ja) | レンズアレイ | |
WO2001035147A1 (fr) | Lentille optique et dispositif laser à semi-conducteurs | |
US6912091B2 (en) | Method of designing collimator array device and collimator array device manufactured thereby | |
US20030231829A1 (en) | Lens array for use with array of fibers | |
JP5935465B2 (ja) | 光学装置 | |
US6980717B2 (en) | Optical fiber collimator | |
JP2004101848A (ja) | マイクロレンズアレイ、マイクロレンズアレイを用いた光モジュール、及び光モジュールの位置決め方法 | |
JP2008298934A (ja) | 光軸変換素子およびその作製方法 | |
JP2018036637A (ja) | レンズアレイ、ファイバアレイモジュール及び受光モジュール | |
US6567586B2 (en) | Dual fiber collimator | |
US20060165351A1 (en) | Optical device unit, optical device and microlens array | |
JP2004101962A (ja) | 光モジュール | |
JP2002169085A (ja) | 屈折率分布型レンズ、その製造方法及びレンズアレイ | |
TW201843484A (zh) | 平凸透鏡、光纖矩陣模組及受光模組 | |
JPH04284401A (ja) | マイクロレンズ及びマイクロレンズアレイ | |
WO2018042936A1 (ja) | 平凸レンズ、ファイバアレイモジュール及び受光モジュール | |
JP2002107566A (ja) | 光機能モジュール | |
JP2004070311A (ja) | 光デバイスユニット及び光デバイス | |
KR100539545B1 (ko) | 미세 광학 결합기 및 그 제조방법 | |
US6721108B2 (en) | Optical lens device assembly | |
JP2008040028A (ja) | マイクロレンズアレイ及びその製造方法 | |
JP2004070310A (ja) | 光デバイスユニット、光デバイス及びマイクロレンズアレイ |