JP2005115175A - ２次元レンズアレイおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次元レンズアレイの母材ガラスの透過率を高くすることができ、また、工程が簡素で安価であり、様々な目的のガラス材料を用いて、精密に製造することができる２次元レンズアレイおよびその製造方法を提供することを目的とする。

【解決手段】 平面基板上に２次元的に配列されている凸レンズを具備する２次元レンズアレイにおいて、上記平面基板上に設けられている溝と、上記溝によって区画され、２次元的に配列されている平面部と、上記平面部と上記平面部を囲む上記溝の少なくとも一部とを埋めるように、上記平面基板上に設けられているレンズ材料の石英系ガラスと、上記石英系ガラスの表面に設けられている凸状曲面であって、上記平面部から上記溝にかけて設けられている凸状曲面とを有する２次元レンズアレイである。

【選択図】 図１

Description

本発明は、通信分野において、アレイ化した半導体レーザやファイバに装着し、また液晶表示装置の分野において、明るさを向上させるために使用する等、応用が期待できる２次元レンズアレイおよびその製造方法に関する。

詳しくは、本発明は、石英ガラス基板等の平面基板上において、所望の焦点距離の２次元レンズアレイを提供することができ、しかも、簡便で精密な２次元レンズアレイを提供することができる２次元レンズアレイとその製造方法に関する。

従来、２次元レンズアレイを製造する場合、金属等の原版を型としてレンズアレイを転写形成（複製）する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、フォトリソプロセスを用いて、２次元レンズアレイを製造する方法が知られている（たとえば、特許文献２参照）。さらに、表面張力、基板との漏れ性を利用して、２次元レンズアレイを製造する方法が知られている（たとえば、特許文献３参照）。

上記従来の製造方法において、原版を型として用いる場合、基板上に低温度軟化ガラスの製膜を行い、加熱によって軟化状態にし、この軟化状態で、単に、ガラスに型を押し付けるという簡素な方法で、２次元レンズアレイを形成する。

この場合、２次元レンズアレイの母材となるガラスは、原版治具を用いるので、ガラスの軟化温度が低いことが必要である。この場合、一般的に、軟化温度を低下させる添加物（ＮａＯ_２等）を含有し、多量の水を含むことが多い。

また、一般的に、水酸イオン（−ＯＨ）の含有量によって、可視領域、赤外領域、特に通信波長を含む近赤外領域において、光透過率が著しく変化する。一見透明に見えるガラスでも水含有率が高いと、可視領域でさえ透過率が９０％程度と低くなるが、水含有率を低くすることによって、透過率を９９．９％程度まで高めることができる。
特開平１１−３２６６０３号公報 特開平０６−１９４５０２号公報 特開２００１−２４２３０３号公報

つまり、原版を型として用いる従来方法では、低温度軟化ガラスを用いた多くの２次元レンズアレイは、可視領域、特に赤外領域で、透過率の高いレンズを得ることができないという問題がある。

また、上記従来例では、焦点距離が互いに異なる形状のレンズを製造しようとすると、焦点距離に応じた型を数多く用意する必要があるという問題がある。

フォトリソプロセスを用いた従来方法では、レンズ母材であるガラスを、基板上に製膜し、半導体プロセスで用いられているフォトリソプロセスを用いて、レジストを凸状に加工する。この加工されたレジストをマスクとして、ガラスをエッチングすることによって、凸レンズを得る。

この従来の方法では、可視領域、赤外領域においても、透過率の高いガラスをフォトリソプロセスの前の基板上に堆積しておけば、透過率が高い２次元レンズアレイを得ることができる。しかし、フォトレジストの塗布、露光、現像、フォトレジストの凸型への加工、ガラスのエッチング、フォトレジストの除去というように、非常に、多くの工程を必要とするという問題がある。

また、一般的に、半導体のプロセスに用いるフォトリソプロセスを、半導体プロセスよりも凹凸の構造が大きなレンズアレイに用いるには、露光装置を大きくしなければならず、特殊な露光マスクや焦点機構が必要になり、膨大なコストが必要であるという問題がある。

表面張力、基板との濡れ性を利用する従来方法では、熱処理によってガラスを軟化させる必要があるので、ガラスの組成を調整し、軟化温度を低減する必要がある。軟化温度を下げないと、基板ガラスの軟化温度に、熱処理温度が達するので、基板が変形する。

したがって、どんな組成のガラスでもよいわけではなく、軟化温度を下げるために、石英ガラスに、通常ＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、Ｂ_２Ｏ_３等を多量に添加したガラスを用いる必要がある。しかし、これら添加物を添加できる量には限界があり、十分な軟化温度を低減するには、過度の添加を行わなければならない。

ＧｅＯ_２を多量に添加すると、軟化温度を低減することができるものの、純粋なＳｉＯ_２や、光ファイバのコアとの屈折差が大きくなる。２次元レンズアレイを、通信デバイス等に応用することを考えると、透過率だけでなく、ガラス母材の屈折率が、２次元レンズアレイの重要な要因になる。

たとえば、ファイバとの接続を実施した場合に、コアとの屈折率差があると、その界面で反射が生じ、損失の原因になる。また、石英に、Ｐ_２Ｏ_５やＢ_２Ｏ_３等の吸水性の高いガラスを多量に含むと、劣化が著しく、信頼性に問題が生じる。

本発明は、第１に、原版を型として用いる方法で製造する際に生じる、２次元レンズアレイの母材ガラスの透過率が悪くなるという問題を解決することができ、第２に、フォトリソプロセスを用いた透過率の高いレンズを得ようとするときに、工程が複雑になりコストが膨大になるという問題を解決することができ、第３に、様々な目的のガラス材料を用いて、簡便にしかも精密に製造することができる２次元レンズアレイおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、平面基板上に２次元的に配列されている凸レンズを具備する２次元レンズアレイにおいて、上記平面基板上に設けられている溝と、上記溝によって区画され、２次元的に配列されている平面部と、上記平面部と上記平面部を囲む上記溝の少なくとも一部とを埋めるように、上記平面基板上に設けられているレンズ材料の石英系ガラスと、上記石英系ガラスの表面に設けられている凸状曲面であって、上記平面部から上記溝にかけて設けられている凸状曲面とを有する２次元レンズアレイである。

また、本発明は、平面基板上に２次元的に配列されている凸レンズを具備する２次元レンズアレイの製造方法において、上記平面基板上に、溝を作成し、上記作成された溝によって区画された平面部を２次元的に配列する平面部配列段階と、石英系ガラスを上記平面部と上記溝とに堆積することによって、上記石英系ガラスで上記平面部を覆い、しかも、上記平面部を囲む上記溝の少なくとも一部を上記石英系ガラスで埋める石英系ガラス堆積段階とを有し、上記石英系ガラスの表面が、上記平面部から上記溝にかけて凸状曲面を形成する２次元レンズアレイの製造方法である。

この場合、上記石英系ガラスの膜厚、上記溝の深さ、幅のうち少なくとも１つを変えることによって、上記凸状曲面によって構成されている凸レンズの曲率半径を変化させ、また、上記石英系ガラスを堆積すると同時に、上記平面基板を加熱し、上記石英系ガラスの層をバイアススパッタ法によって堆積し、上記石英系ガラスの層を削る電力と堆積する電力との比を制御することによって、上記凸レンズの曲率半径を調整する。

本発明によれば、２次元レンズアレイの母材ガラスの透過率を高くすることができ、また、工程が簡素で安価であり、様々な目的のガラス材料を用いて、精密に製造することができるという効果を奏する。

発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例である。

図１は、本発明の実施例１である２次元レンズアレイ２ＬＡを示す図である。

図１（１）は、２次元レンズアレイ２ＬＡの平面図であり、図１（２）は、図１（１）のＩ（２）−Ｉ（２）線で切断した状態を示す断面図である。

２次元レンズアレイ２ＬＡは、石英平面基板１０上に、石英系ガラスを製膜することによって製造した２次元レンズアレイである。

２次元レンズアレイ２ＬＡは、石英平面基板１０と、所定の容積（深さ×幅）をもった溝２０と、溝２０で区画されている平面部３０と、ガラス膜４０とを有する。なお、図１（１）では、ガラス膜４０を省略して示してある。

図２は、２次元レンズアレイ２ＬＡにおいて、ガラス膜（ガラス表面）４０が曲面になることを説明する図である。

図２（１）は、基板１０上に、単独の溝２１が設けられ、基板１０と単独の溝２１の上にガラス膜４１が存在している状態を示す図である。

ガラス膜４１の凹部の最深部の深さを、Ｄとし、ガラス膜４１の奥部が、基板１０の水平方向の平面に回復するまでの幅である傾斜幅を、Ｗとし、溝２１の幅を、Ｗ１として示してある。

ＦＨＤ法やＣＶＤ法等の等方的性質の強いガラスの製膜方法によってガラス膜４１を作製する場合、溝２１によって、基板１０の溝２１上のガラス膜４１は、図２（１）に示すように傾斜する。理想的な、等方的製膜方法では傾斜幅Ｗが、溝２１と溝Ｗ１と同じになるが、実際は、方向性を持った粒子が堆積し、堆積時の熱等によって、傾斜幅Ｗは、溝２１の幅Ｗ１よりもかなり広くなる。また、理想に近い場合や、逆に、傾斜幅Ｗが溝２１の幅Ｗ１よりも狭い場合でも、熱処理を行うことによって、ガラスが流動し、傾斜幅Ｗが広くなる。

スパッタ法等の、方向性を持った堆積方法においても、基板１０の溝２１の形状を調整し、バイアススパッタを行うことによって、垂直方向性の角度分散をコントロールし、これによって、図２（１）に示すように、溝２１を埋め込んだガラス表面の形状にすることができる。

バイアススパッタとは、半導体プロセスにおいて凹凸面の平坦化プロセスに用いられる製膜方法であり、通常のスパッタ製膜に加えて、選択的な角度性を持つエッチングを同時に行う方法である。この方法で堆積することによって、垂直方向の堆積速度と、水平方向の堆積速度とを制御し、これによって、図２（１）に示すように、溝２１を埋め込んだガラス表面の形状にすることができる。

図２（２）は、基板１０において、互いに隣り合う２つの溝２０の間隔Ｓ１が、傾斜幅Ｗ以内である２次元レンズアレイ２ＬＡを示す図である。

図２（２）に示すように、基板１０において、互いに隣り合う２つの溝２０の間隔Ｓ１が、傾斜幅Ｗ以内である場合、溝２０で区画された平面部３０上のガラス表面には、平坦部が存在せず、曲面を形成し、ガラス膜４０がレンズとなり得る。

上記実施例において、溝２０が設けられていることによって、ガラス膜４０が曲面になる。したがって、従来例のようにガラス母材を融解させ、表面張力によってガラス表面を曲面化しなくても、上記実施例では、ガラス表面に曲率を得ることができる。

ガラスの形状は、堆積時に殆ど決定され、熱処理によるガラスの流動は、小さい。実際に、１３００度の高温で、ガラスを熱処理を実施しても、ガラス表面が平坦になることはなかった。

図３は、２次元レンズアレイ２ＬＡを作成する工程を示す図である。

まず、工程１（溝形成工程）では、石英平面基板１０に、ダイシングによって格子状の溝２０を形成する。ダイシングによる溝２０の形成方法は、複雑なプロセスや装置を一切必要としない。また、レンズアレイを構成しているレンズ個々のサイズは、溝２０の形成の精度で決まり、溝２０を形成することができるサイズであれば、いかなるサイズでもレンズを形成することができ、溝２０によって区画された平面部３０の大きさに応じて、レンズが形成される。

溝２０を形成する場合、レーザ加工やフォトリソグラフィーを用いた反応性化学エッチング等、溝を形成する他の形成方法を用いることができる。レーザ加工やフォトリソグラフィーを用いた場合、溝２０をリング状に形成することができ、溝２０を円形にすれば、レンズ曲率が等方的にできるためレンズの収差を少なくできる。

また、フォトリソグラフィーを用いた反応性化学エッチングによって溝２０を形成すると、ダイシングよりも、微細な溝２０を形成できるので、レンズアレイを高密度化することができる。

次に、工程２（ガラス膜堆積工程）では、ＦＨＤ法（火炎堆積法）によって、溝２０を形成した平面基板１０上に、ガラス膜を製膜する。上記ＦＨＤ法は、光ファイバのプリフォームの製造方法を改良し、平面基板１０にガラス膜を堆積させるガラス製膜方法であり、量産性に優れ、比較的厚い膜を堆積する場合に適している。また、深い溝２０を、ガラスで埋め込む点で優れている。

ガラス堆積方法として、ＦＨＤ法に限らず、ＣＶＤ法やスパッタリング法等、他のガラス製膜法によって、ガラスを堆積することができる。

溝２０を埋め込むことが困難なスパッタリングにおいて、溝２０がかなり深いと、溝２０の底部に空洞ができるが、溝２０の形状、深さ、間隔を調整することによって、ガラス表面に曲面を得ることができる。また、溝２０の幅、間隔を適切に調整し、エッチングと堆積とを同時に行うバイアススパッタの印加電力を調整することによって、溝の埋め込みが可能であり、レンズの曲率を調整することができる。

ガラス層をバイアススパッタ法によって堆積し、上記ガラス層を削る電力であるバイアス電力を大きくすると、レンズの曲率半径が、短くなり、逆に、バイアス電力を小さくすると、レンズの曲率半径は長くなる。

つまり、上記実施例は、石英系ガラスの層をバイアススパッタ法によって堆積し、上記石英系ガラスの層を堆積する電力（スパッタ電力）と、削る電力（バイアス電力）の比を制御することによって、凸レンズの曲率半径を調整する２次元レンズアレイの製造方法の例である。

上記実施例によれば、軟化温度の高いガラスを、レンズアレイ材料とした場合であっても、焦点距離を簡便に変化させることができ、精密なレンズアレイが安価である。

また、上記実施例によれば、基板１０上の溝２０の形成に、ダイシング、レーザ加工を用いれば、ガラスのエッチング過程を経ずに、レンズを作製することができる。

さらに、上記実施例によれば、透明化が必要でないガラス製膜方法を用いれば、用途によっては、全く熱処理をせずに、２次元レンズアレイ２ＬＡを作製することができ、溝２０の作製工程と、ガラス製膜工程との僅か２工程のみで、２次元レンズアレイ２ＬＡを製造することができる。

なお、ガラス膜４０の膜厚を厚くすると、レンズの曲率半径が小さくなり、逆に、ガラス膜４０の膜厚を薄くすると、レンズの曲率半径が大きくなる。

そして、上記実施例によれば、溝２０の形状（深さ、幅、間隔）、特に溝２０の深さＤ１を変化させれば、任意のレンズ焦点距離の２次元レンズアレイ２ＬＡを、再現性よく簡便に作製することができる。このときに、レンズガラスの屈折率を変化させずに、焦点距離を変化させることができる。

最後に、ＦＨＤ法を用いた場合、工程３（熱処理）では、上記工程を経た平面基板１０を透明化するために熱処理する。この透明化の熱処理によって、レンズ表面（ガラス膜４０の表面）の荒れが改善され、散乱が減少するので、透過率の高いレンズを得ることができる。また、熱処理温度を調整することによって、レンズ凸部の形状を変化させることもできる。

ＦＨＤ法は、加熱しながら堆積を行う方法であり、透明化以前で、既に曲率等は異なるものの、ガラス表面は曲面を得、レンズの形状をしている。透明化を、堆積と同時に実行できるガラス組成、堆積温度で、堆積を実施すれば、透明化のための熱処理工程を省略することができる。

上記実施例１では、従来の方法のように治具を使用しないので、基板１０の材料の融点以下であれば、高温での熱処理が可能であり、可視領域、赤外領域で透過率が高い母材を用いた２次元レンズアレイ２ＬＡを得ることができる。

透明膜が製膜時点で形成可能なスパッタリング等の手法を用いると、必要に応じて熱処理工程を省略することもでき、溝２０の形成工程と、ガラス堆積工程との僅か２つの簡素なプロセスによって、２次元レンズアレイ２ＬＡを作製することができる。

上記のように、溝２０を形成した基板１０上にガラス膜を製膜する手段は、基板１０上に溝２０を加工する場合に、エッチング工程を含まないようなダイシング、レーザ加工等の方法を用いればよく、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程を全く経ずに、平面基板１０上に自己形成的に、凸レンズをアレイ状に形成することができる。

したがって、実施例１は、従来方法に比べて、格段と簡便な方法で、精密な２次元レンズアレイ２ＬＡを形成することができる。

本発明の実施例２は、２次元的に配列した凸レンズを有する２次元レンズアレイ２ＬＡにおいて、焦点距離を変化させる実施例である。

図４（１）は、実施例２において、基板１０上に形成した溝２０の深さと、形成されるレンズの曲率半径との関係を示す図である。

図４（１）において、溝２０の深さが、堆積するガラス膜４０の厚さよりも十分に深い場合、つまり、領域Ｒ２では、溝２０の深さを変化させても、曲率半径は殆ど変化しない。

しかし、溝２０の深さが浅くなり、図４（１）に示す所定の点Ｐよりも、溝２０が浅い領域Ｒ１では、溝２０の深さが浅くなるに連れて、曲率半径が増大する。溝２０の深さが極端に浅くなると、曲率半径は無限大になる（ガラス膜４０の表面がほぼ平面になる）。つまり、ガラス膜４０の表面が完全に平面になるまで、曲率半径が連続的に変化する。

なお、平面基板１０上に溝２０を形成し、溝２０の深さを調整し、連続的に曲率半径が変化する領域Ｒ１は、表面張力と基板１０の濡れ性とを利用して作製する従来例（特許文献３に記載されている従来例）では、得ることができない。

実施例２の特徴である溝２０の上にガラスを堆積する工程を採用してこそ、連続的に曲率半径を変化させることができる。

作製した２次元レンズアレイ２ＬＡの断面観察結果より、上記領域Ｒ１とＲ２との境の点Ｐでは、図４（３）に示すように、基板１０上に加工した溝２０のエッジＥにおいて、堆積ガラスの表面が連続している。

石英平面基板１０上に、溝２０の幅を４２μｍとし、溝２０の深さを５３μｍとし、溝２０の間隔を２５０μｍとして溝２０を形成したときに、この状態（図４（３）に示す状態）が得られた。もちろん、上記以外の幅、深さ、間隔であっても、条件を適当に選択することによって、図４（３）に示す２次元レンズアレイ２ＬＡ２を得ることができ、図４（３）に示す状態よりも、溝２０の深さが浅くなり、図４（２）に示す２次元レンズアレイ２ＬＡ３のようになると、レンズの曲率半径は大きくなる。

図５は、実施例２において、溝２０の深さ、幅、間隔を変えることによって、レンズの焦点距離が変化する理由を説明する図である。

実施例２では、基板に溝２０を形成し、この溝２０をガラスで埋めると、溝２０の影響で、溝上２０上のガラス表面が、ガラス堆積時点で、凹形状になることを利用してレンズ曲面を得る。このために、ガラス表面の曲率は、基板溝２０の形状に大きく依存する。溝２０の深さ、幅Ｗ１に対するガラス表面の形状の依存性を把握することによって、溝２０の形状を変えるだけで、２次元レンズアレイの焦点距離を変化させることが可能になる。

ここでは、まず、簡単のために溝２０が孤立して存在し、かつ１次元的な溝２０を形成している場合を考える。溝２０が２次元的に実施しても、焦点距離が変化する理由は、同じである。

図５（１）は、深さＤ１、幅Ｗ１の溝２０が孤立し、この溝２０の上に堆積した深さＤ、傾斜幅Ｗの凹部を持つガラスの断面図を示す図である。

溝２０上にガラスを堆積させると、溝２０内にガラスが徐々に充填されるので、ガラス表面の凹部の体積は、溝２０の体積と同じである。つまり、断面図である図５（１）において、斜線で示す溝２０の面積と、斜線で示すガラス凹部の面積とが同じになる。

図５（２）は、図５（１）に示す場合よりも、溝２０の深さＤ１が深い例を示す図である。

図５（２）における溝２０の幅Ｗ１は、図５（１）における溝２０の幅Ｗ１と同じであるが、図５（２）における溝２０の深さＤ１は、図５（１）における溝２０の深さＤ１よりも深い。

ここで、溝２０を深くすると、溝２０の体積が増加するので、この溝体積増加を補うように、ガラス表面の凹部の体積も増加する。実験結果によると、ガラス表面凹部の形状について、その傾斜幅Ｗが殆ど変化せずに、凹部深さＤが深くなり、これによって、増加した凹部体積を補おうとする。この結果、溝２０が深くなると、ガラスの曲部における曲率半径が小さくなる。

傾斜幅Ｗ以内に、溝２０を周期的に配置し、曲面を形成し、溝２０によって区画された平面部上にレンズを形成する場合、溝２０がより深くなると、レンズの曲率半径が小さくなり、焦点距離がより短くなる。以上の説明が、図４（１）に示す特性ＣＨ１を得ることができる説明である。

溝２０を浅くしていくと、レンズの曲率半径は大きくなるが、溝２０が極端に浅くなると、いずれ、溝２０の凹凸の影響が現れなくなる。言い換えると、完全に平面になるまで、各レンズのサイズを変更することなく、溝２０の深さを調整することのみによって、２次元レンズアレイの焦点距離を、連続的に変化させることができる。

図５（３）は、図５（１）に示す場合よりも、溝２０の幅Ｗ１が広い例を示す図である。

図５（３）における溝２０の深さＤ１は、図５（１）における溝２０の深さＤ１と同じであるが、図５（３）における溝２０の幅Ｗ１は、図５（１）における溝２０の幅Ｗ１よりも広い。

溝２０の幅Ｗ１を広くすると、溝２０を深くしたときと同様に、溝２０の体積が増加する。図５（３）に示す場合における溝幅Ｗ１は、傾斜幅Ｗに比べると、十分に小さいので、溝２０の幅Ｗ１を多少変えても、傾斜幅が殆ど変化しない。この結果、ガラス表面の凹部の深さＤが深くなる。このときも、傾斜幅Ｗ以内に、別の溝２０を形成すると、レンズになり、幅Ｗを広くする程、レンズの曲率半径が小さくなり、短い焦点距離のレンズを作製することができる。

上記のように、形成したレンズ曲率は、用いる石英系ガラスの成分、熱処理温度、または、堆積させるガラス膜４０の厚さ等によっても変化するが、これらのパラメータを固定すると、溝２０の深さＤ１に対して、一義的に決まる曲率半径を、再現性よく得ることができる。

従来例における表面張力、基板との濡れ性を利用した方法では、２次元レンズアレイ２ＬＡの焦点距離を変化させるために、熱処理温度やガラスの組成を変化させる必要がある。これら熱処理温度、ガラスの組成を調整することによって、屈折率を所望の値に設定する場合、レンズの屈折率を一定にすることが困難である。

しかし、実施例２によれば、溝２０の形状のみを変化させることによって、焦点距離を変化させることができる。

上記のように、実施例２によれば、従来のレンズアレイの作製方法に比べて、単に平面基板１０上の溝２０の深さＤ１、幅Ｗ１を調整するだけで、焦点距離を容易に変化させることができ、しかも、その焦点距離を所望の値に設定することができる。

本発明の実施例３は、２次元レンズアレイ２ＬＡを用いた波長選択フィルタである。

インターネットの爆発的な普及によって、波長多重システム（ＷＤＭ）を用いた光通信回線の大容量化が進んでいる。ＷＤＭシステムでは、異なる波長の光信号を、１本のファイバに合分波する波長フィルタや、特定波長の光信号を取り出したり、加えたりするフィルタが必要不可欠である。上記フィルタとして、誘電多層膜を用いた干渉膜フィルタがある。

図６は、誘電多層膜干渉フィルタ７と、２次元レンズアレイ２ＬＡとを使用した合分波デバイス１００の構造を示す図である。

合分波デバイス１００は、入力ファイバ５と、平行ガラス基板６上に作製させた誘電多層膜フィルタ７と、誘電多層膜干渉フィルタ７を保持する平行ガラス基板６と、２次元レンズアレイ２ＬＡと、出力ファイバアレイ８とを有する。

ＷＤＭシステムのチャネル数に応じた透過波長の異なる誘電多層干渉フィルタ７が、多段に、ガラス基板６に配置されている。その前後に、先端に、２次元レンズアレイ２ＬＡが取り付けられているファイバアレイ８を配置し、反射、透過光をそれぞれ受光し、分波する。合分波デバイス１００は、１つの入力ファイバ５から、互いに異なる波長の光λ１〜λ１０が入射し、波長に応じて、２次元レンズアレイ２ＬＡを介して、アレイ中の異なるファイバに分光され出力される。

合分波デバイス１００において、金型を用いる従来の２次元レンズアレイを用いた場合、製造過程において、高温の熱処理ができないので、レンズを構成するガラス自身の信号光に対する透過率が低くなり、レンズアレイの挿入損失が問題になる。また、表面張力を用いる従来例では、ファイバとの屈折率の調整が困難であり、ファイバとの接続損失が大きいという問題がある。

２次元レンズアレイ２ＬＡを用いることによって、透過率が高く、しかも２次元レンズアレイ２ＬＡの材料に、ファイバコアと同じ屈折率の材料を用いることができ、溝２０を掘削するだけで、挿入損失を大幅に低下させることができる。

上記実施例を光通信分野に用いる場合、２次元レンズアレイ２ＬＡを、ファイバアレイや光導波路に接続すると、レンズガラスの高品質化、屈折率の制御が容易であるので、レンズアレイ挿入損失を低減することができる。また、これらの良好な特性を持ち合わせたレンズアレイを、安価に作製することができる。

本発明の実施例１である２次元レンズアレイ２ＬＡを示す図である。 ２次元レンズアレイ２ＬＡにおいて、ガラス膜（ガラス表面）４０が曲面になることを説明する図である。 ２次元レンズアレイ２ＬＡを作成する工程を示す図である。 実施例２において、基板１０上に形成した溝２０の深さと、形成されるレンズの曲率半径との関係を示す図である。 実施例２において、溝深さ、幅、間隔を変えることによって、レンズの焦点距離が変化する理由を説明する図である。 誘電多層膜干渉フィルタ７と、２次元レンズアレイ２ＬＡとを使用した合分波デバイス１００の構造を示す図である。

符号の説明

１０…石英平面基板、
２０…溝、
３０…平面部、
４０…ガラス膜、
５…入力ファイバ、
６…ガラス基板、
７…誘電多層膜干渉フィルタ、
８…出力ファイバアレイ、
１００…合分波デバイス。

Claims (5)

1. 平面基板上に２次元的に配列されている凸レンズを具備する２次元レンズアレイにおいて、
   上記平面基板上に設けられている溝と；
   上記溝によって区画され、２次元的に配列されている平面部と；
   上記平面部と、上記平面部を囲む上記溝の少なくとも一部とを埋めるように、上記平面基板上に設けられているレンズ材料の石英系ガラスと；
   上記石英系ガラスの表面に設けられている凸状曲面であって、上記平面部から上記溝にかけて設けられている凸状曲面と；
   を有することを特徴とする２次元レンズアレイ。
2. 平面基板上に２次元的に配列されている凸レンズを具備する２次元レンズアレイの製造方法において、
   上記平面基板上に、溝を作成し、上記作成された溝によって区画された平面部を２次元的に配列する平面部配列段階と；
   石英系ガラスを上記平面部と上記溝とに堆積することによって、上記石英系ガラスで上記平面部を覆い、しかも、上記平面部を囲む上記溝の少なくとも一部を上記石英系ガラスで埋める石英系ガラス堆積段階と；
   を有し、上記石英系ガラスの表面が、上記平面部から上記溝にかけて凸状曲面を形成することを特徴とする２次元レンズアレイの製造方法。
3. 請求項２において、
   上記石英系ガラスの膜厚、上記溝の深さ、幅のうち少なくとも１つを変えることによって、上記凸状曲面によって構成されている凸レンズの曲率半径を変化させることを特徴とする２次元レンズアレイの製造方法。
4. 請求項２または請求項３において、
   上記石英系ガラスを堆積すると同時に、上記平面基板を加熱することを特徴とする２次元レンズアレイの製造方法。
5. 請求項２または請求項３において、
   上記石英系ガラスの層をバイアススパッタ法によって堆積し、上記石英系ガラスの層を削る電力と堆積する電力との比を制御することによって、上記凸レンズの曲率半径を調整することを特徴とする２次元レンズアレイの製造方法。

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