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
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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。
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