JP2005182008A - チューナブルマイクロレンズアレイ - Google Patents

チューナブルマイクロレンズアレイ Download PDF

Info

Publication number
JP2005182008A
JP2005182008A JP2004347400A JP2004347400A JP2005182008A JP 2005182008 A JP2005182008 A JP 2005182008A JP 2004347400 A JP2004347400 A JP 2004347400A JP 2004347400 A JP2004347400 A JP 2004347400A JP 2005182008 A JP2005182008 A JP 2005182008A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lens
microlens array
thermo
optically transparent
temperature
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.)
Granted
Application number
JP2004347400A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4758638B2 (ja
Inventor
Alexei Glebov
グレボフ アレクセイ
Lidu Huang
ホアン リドゥ
Kishio Yokouchi
貴志男 横内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Publication of JP2005182008A publication Critical patent/JP2005182008A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4758638B2 publication Critical patent/JP4758638B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/028—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0081—Simple or compound lenses having one or more elements with analytic function to create variable power
    • 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
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0062—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between
    • G02B3/0068—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between arranged in a single integral body or plate, e.g. laminates or hybrid structures with other optical elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

【課題】 光通信に使用するチューナブルマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを提供すること。
【解決手段】 マイクロレンズは、サーモオプティカル材料及び温度を調整する温度コントローラを利用して、サーモオプティカル材料の屈折率を調節する。一実施例では、単独の温度コントローラが、ある所望の温度でマイクロレンズアレイを維持するために使用される。別の実施例では、アレイ中の個々のレンズが別々に調整可能である。本発明は２Ｄでも３Ｄレンズでも使用でき、既存の平面光波回路（ＰＬＣ）技術を利用する場合に適している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、チューナブル光レンズの設計技術の分野に関連し、特に光通信システムに使用されるマイクロレンズに関連する。
マイクロ光レンズアレイ（ＭＬＡ：ｍｉｃｒｏ ｏｐｔｉｃ ｌｅｎｓ ａｒｒａｙ）は近年めざましく進展している。マイクロ光レンズアレイ（マイクロレンズアレイとも言及される）は、光学、ファイバ通信及び光相互接続に関する多くの分野にわたる用途を有する。高密度波長分割（ＤＷＤＭ）ネットワークの進歩により、マルチチャネルビームのコリメーション及び焦点調節に関する要請は絶え間なくなされている。ＭＬＡ構造は、例えばファイバアレイ接続又は３次元（３Ｄ）マイクロエレクトロニックメカニカル（ＭＥＭ）光スイッチの３Ｄアレイにおける、３次元（３Ｄ）的な光ビームコリメーションに使用されてもよい。平面光波回路（ＰＬＣ：ｐｌａｎａｒ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）技術を利用して構築される、光ビームコリメーション機能を有する２次元（２Ｄ）ＭＬＡも、平坦な光学装置に広く使用されている。ＰＬＣ装置は、テレコミュニケーションシステム及びデータ通信システムで既に重要な地位を占めており、例えばモノリシックな及びハイブリッドな統合化手法が多くの能動的及び受動的なネットワーク装置のために開発及び提案されており、そのネットワーク装置は例えばマルチプレクサ及びデマルチプレクサ、フィルタ、アッテネータ、トランシーバ、スイッチ等である。更に、２Ｄ及び３Ｄの光ガイド構造は、閉じこめられた光学モードの低損失伝送用に開発及び提案されている。
シングルモード伝送チャネルのウエーブガイドは、典型的にはＤＷＤＭネットワーク装置で使用される。しかしながら、そのような装置では、表面に平行であってビーム伝搬に垂直な方向での閉じこめなしに、こりメートされたビームが、かなりの長距離を伝搬することがしばしば期待される。そのようなシステムに関し、２Ｄマイクロ光レンズは、横の領域にて光をコリメートさせる又は焦点を合わせるよう要求され、３層ウエーブガイド構造は垂直方向に光を閉じこめる。
概してフォトニックネットワーク用のチューナブル装置が必要とされている。その光学装置及び光ファイバの特性は、雰囲気温度、電磁場及び光の波長のような条件に依存して使用するよう変化してもよい。導入される歪を最小化するために、そのようなネットワークにチューナブル素子を含ませ、他のパラメータ変動を補償できるようにすることは有益であろう。マイクロレンズの場合には、レンズを出た後に光が伝搬可能な様々な経路に起因して、調節機能（チューナビリティ）も望まれる。例えば、非ブロック相互接続スイッチング装置では、光は「オフ」及び「オン」状態で非常に異なる距離を伝搬する。
本発明は、レンズの焦点特性がレンズの温度を制御することによって調整できるようなサーモオプティカル材料を使用するチューナブルマイクロレンズ又はチューナブルマイクロレンズアレイを提供することを課題とする。
本発明の他の課題は、サーモオプティカル材料を用いるチューナブルマイクロレンズ又はチューナブルマイクロレンズアレイを作成する方法を提供することである。
本発明の更なる課題は、レンズの光学的特性が使用範囲内の温度変化に比較的敏感でないような、サーモオプティカル材料を使用するレンズのパラメータを選択する方法を提供することである。
本発明の更なる課題は、添付図面及び特許請求の範囲に関連する本発明の説明を理解することで当業者に明白になるであろう。
本発明は、光スイッチング及び光通信に使用するマイクロレンズアレイに関連する。好適実施例では、本発明はチューナブルマイクロレンズアレイに関し、第１の屈折率を有する第１の光学的に透明な材料で形成される第１の湾曲した面と、第２の屈折率を有する第２の光学的に透明な材料で形成され、好ましくは湾曲している、前記第１の湾曲した面とは離れている第２の面と、前記第１及び第２の面の間で前記第１及び第２の面に接するよう設けられ、前記第１の屈折率とは異なる第３の屈折率を有するサーモオプティカルポリマと、前記ポリマに結合された温度コントローラとを備える。レンズベース材料の屈折率（ＲＩ）がレンズの隙間のポリマのと異なる温度依存性を有するならば、レンズの焦点の特性は、サーモオプティカルポリマ又はレンズ全体の温度を調整することで変更可能である。本発明はそのようなレンズの２次元又は３次元的な配列（アレイ）より成り、第１及び第２の湾曲した面が２重の凹状に形成され、曲線の各々は楕円であることが好ましい。温度コントローラは１以上の抵抗性加熱素子、ペルティエ装置又は抵抗性加熱素子及びペルティエ装置の組み合わせから構成されてもよい。複数の温度コントローラが使用される場合には、レンズアレイは、各領域の間を熱的に分離するために、温度調整される隣接する領域の間に熱的な障壁（サーマルバリア）を備えてもよい。
他の態様では、本発明はマイクロレンズアレイを作成する方法を与え、光学的に透明な材料から複数の第１のレンズ素子を形成するステップであって、前記第１のレンズ素子の各々は湾曲した光出力面を有するところのステップと、光学的に透明な材料から複数の第２のレンズ素子を形成するステップであって、前記第２のレンズ素子の各々は、前記第１のレンズ素子の１つに対応して離れて対向する位置関係にあり、レンズ素子の間で隙間を規定する複数のレンズ素子の対を形成するステップと、サーモオプティカルポリマの液で前記隙間を充填するステップと、前記サーモオプティカルポリマを硬化させるステップと、前記サーモオプティカルポリマに隣接して温度コントローラを設けるステップとを有する。
本発明の更なる態様は、複数のレンズ素子を含むレンズシステムの温度依存性を低減する方法であって、前記レンズ素子の少なくとも１つはサーモオプティカル材料より成り、当該方法は、前記レンズシステムの出力から所望の距離における所望のビーム幅を選択するステップと、前記レンズシステムの動作温度の所望の範囲を決定するステップと、前記レンズシステムのパラメータと複数の温度に関する所望の距離における前記出力ビーム幅との関係を分析するステップであって、前記パラメータは、前記レンズ素子の形状、前記複数の温度の各々におけるレンズ材料の屈折率及び前記レンズ素子間の界面の性質を含むところのステップと、分析結果に基づいて、前記レンズシステムに関するパラメータを選択するステップであって、前記パラメータは、前記所望の距離における選択されたビーム幅に、動作温度の前記範囲において最小の変動量を実質的に与えるところのステップとを有する。
本発明の更なる態様は、複数のレンズ素子を含むレンズシステムの温度依存性を低減する方法であって、前記レンズ素子の少なくとも１つはサーモオプティカル材料より成り、当該方法は、複数の曲線を構成するステップであって、前記曲線の各々が前記レンズシステムの温度依存性が比較的平坦になる最小値を有するように、前記レンズシステムで使用される材料の屈折率及び前記レンズシステムで使用される前記レンズ素子の形状を考慮して、前記レンズシステムからの選択された距離における出力ビーム幅と前記レンズシステムの温度とを関連付ける複数の曲線を構成するステップと、前記レンズシステムの所望の動作パラメータの近辺で最小値を有する曲線を選択するステップと、選択された曲線に関するレンズシステムを構築するステップとを有する。
上述したように、本発明の発明者等に認識されているように、光学システム及び装置の様々な形式におけるチューナブルマイクロレンズ及びマイクロレンズアレイを利用することを望む様々な理由がある。環境条件（例えば、温度）、光波長、偏向状態等における経時的な変化は、システム又は装置の性能を変化させる虞がある。光学システムにおける他の装置は、時間と共に変化する条件を有していてもよい。同様に、製造工程の変動は、システムをチューニングすることで意図される装置の性能を異ならせる虞がある。
スイッチのような光学装置は、入力及び出力チャネルが密接に詰め込まれた配列（アレイ）を有する。そのような装置は、１０−１５ｃｍ程度に長い距離を伝搬するコリメート（平行化）された光ビームを形成する能力を必要とする。隣接するチャネルのピッチは、５００ミクロン程度に小さくすることが可能であり、ビーム幅が４５０ミクロンより少なく維持されることを要する。このような限度にビーム幅を維持することは、平行なビーム伝搬ではなく、クロスコリメーションを要する。クロスコリメーションビーム幅は、入力及び出力間の距離や、光ビーム波長等の関数として変化する。光スイッチング、レーザ接続その他のアプリケーションで複数レンズ及びレンズアレイを使用することが知られているが、本発明者等は、ビーム形状を能動的に制御及び調整する能力を増進させることを見出した。このような要請は平坦な（２Ｄ）及び３Ｄのシステムの双方にある。本発明を利用することで、１０ｃｍの距離にわたって４５０ミクロンより狭い最終ビーム幅を有する１５５０ｎｍ波長のコリメートされた光ビームを提供することができ、レンズの出力からの様々な距離において、それらの当初のサイズの±４０％の範囲内で熱的に調整可能である。
図１Ａは、本発明の第１実施例によるチューナブルレンズアレイ１０を示し、そのアレイは、レンズの光軸に垂直な線に沿って並べられた双方に窪んだ５つの２次元レンズ２０より成る。図１Ａの例では、レンズの各々は実質的に等しい。各レンズは２つの湾曲した表面２０ａ，２０ｂより成り、図示の例では、シリカのような光学的に透明な材料で形成され、湾曲した面の間のスペースにサーモオプティカル（ＴＯ）ポリマが充填されている。本発明で使用されるように、「光学的に透明」なる語は、そのシステムに使用される特定の波長に関連する。例えば、光通信ネットワークで典型的に使用される波長は、１５５０又は１３２０ｎｍである。図示されるように、アレイ中の各レンズの屈折面２０ａ，２０ｂは、距離隔てて対向するよう構築され、二重に窪んだギャップを形成するように構築される。二重に凸状のギャップも可能であるが、その場合には、ギャップを充填するポリマ材料のＲＩ（屈折率）は、基礎のレンズのＲＩより高くあるべきである。
入力ウエーブガイド４０は、光信号をレンズに向ける、レンズ２０の各々の光軸上に位置付けられる。抵抗性の加熱素子５０，６０は、ＴＯ材料近辺のレンズアレイ上に形成され、温度制御機能及びＴＯ材料の屈折性の制御機能を与える。加熱素子５０，６０はコントローラ（図示せず）に結合され、そのコントローラは加熱素子に流れる電流を調整することで温度を制御する。コントローラに結合された１以上の温度センサ（例えば、熱電対）が、ＴＯ材料の温度を監視するために、レンズアレイに設けられてもよい。図１Ａには２つの抵抗性の加熱素子が描かれているが、ＴＯ材料の温度を制御する適切ないかなる手段が使用されてもよい。温度を制御する代替的な構造は、例えば図３Ａ，３Ｂに示される。
図１Ａは入力チャネルのウエーブガイドの利用性を示すが、挿入損失を減らすために、レンズアレイを光ファイバの出力又は他の光ソースに直接的に接続することも可能である。しかしながら、その代替例は、複雑さを増すので、ここでは好適ではない。
図１Ｂは、視線１Ｂ−１Ｂに沿う図１Ａの２Ｄレンズアレイの断面図である。図１Ｂに示されるように、２Ｄレンズアレイ１０は、シリコン、ガラス等のような適切な任意の材料より成る基板１５に形成される。入力光ウエーブガイド４０は、レンズアレイにおける光学的に透明な光伝送レイヤ又はコアレイヤ７０に結合され、そのレイヤは上下の光閉じこめレイヤ又はクラッディングレイヤ８０ｕ，８０ｌの間に挟まれ、クラッディングレイヤのＲＩはコアレイヤのものより僅かに低い。ＴＯポリマ３０は、光伝送レイヤ７０の対向する屈折面の間のスペースを満たし、加熱素子５０，６０は、ＴＯ材料８０に隣接する上位の光閉じこめレイヤ８０ｕの上面に形成される。
図１Ａ，１Ｂのレンズ構造は、標準的なシリカ・オン・シリコンＰＬＣ技術を用いて製造されてもよい。一実施例では、シリコン基板は、下位のクラッディングレイヤを設けるために熱酸化され、コア及び上位のクラッディングレイヤは、化学蒸着堆積（ＣＶＤ）により付加される。そして、一実施例では、コア及びクラッディングレイヤは総てシリカ（ＳｉＯ２）で形成される。そして、シリカのレンズ面を成形するために、フォトリソグラフィに関連して、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）が使用される。ＲＩＥにより非常に滑らかで実質的に垂直な（即ち、８０度乃至９０度の範囲内の）レンズ壁が形成される。レンズ面の間の隙間は、サーモオプティカルポリマが充填され、硬化される。抵抗性の加熱素子及びオプティカル熱電対が、通常の手法で付加される。
当業者は、入力チャネルウエーブガイドからレンズに入る光は、もはや横側には閉じこめられず、回折に起因して発散することが理解するであろう。レンズ内の光分散を最小化し、結合損失を最小化するために、２つの対向する湾曲したシリカレンズ面の間の隙間は、好ましくは小さく維持されるべきである。
よく知られているように、ＴＯ材料の屈折率は、材料の温度と共に変化する。多くの材料が、ある程度の温度依存性を示す屈折率を有するが、相対的な温度依存性ｄｎ／ｄＴはＴＯに関するものが比較的大きい。本発明は、ＴＯ材料３０に関するｄｎ／ｄＴの値が、光伝送レイヤ７０内の隣接する光学的に透明な材料に対するものよりも非常に大きいという事実を前提とする。例えば、ＳｉＯ２のｄｎ／ｄＴの値は１０−６のオーダーであり、これは、典型的なサーモオプティカルポリマのｄｎ／ｄＴの値よりも１桁乃至２桁小さな大きさである。従って、実際問題として、多くの場合に、他のレンズ部品の屈折率の温度変化は無視できる。適切なＴＯ材料は、アクリル酸エステルのモノマー、アモルファスのフルオロカーボンポリマ、ポリスチレン、ポリイミド、ＰＭＭＡ、ＦＰＥ等を含む。選択されたポリマの屈折率は、他のレンズ要素の屈折率より低いことが好ましい。所望の屈折率にするように光学ポリマの組成を調整する方法は、既知である。
図２Ａは本発明の一実施例による２Ｄレンズ２０の概略平面図を示し、２つの異なるレンズの使用温度に関連する２つの異なるビーム特性を示している。入力側のレンズ素子２１０及び出力レンズ素子２３０は、シリカのような光学的に透明な材料より成る。好適実施例では、レンズ素子２１０，２３０は、製造工程の簡易化を図るため、同じ材料から形成される。しかしながら、入力及び出力側のレンズ素子に同じ材料を使用することは必須ではない。入力レンズ素子は、入力チャネルのウエーブガイド４０から、光通信信号のような光を受信する。中継レンズ素子２１０の後で、光信号は、レンズ素子２１０及びＴＯ材料２２０の間の湾曲した界面２１５にてその素子から出てスネルの法則に従って屈折させられ、その屈折は、レンズ素子の屈折率とＴＯ材料の屈折率の間の差分の関数として変化する。その後に、ＴＯ材料２２０及び出力レンズ素子２３０の間の界面２３５にて光は再び屈折させられる。従って、図示の例では、レンズ素子２１０及び２３０は、ＴＯ材料２２０と共に、二次元の二重凸レンズを形成する。温度コントローラ（図２Ａには示されていない）は、レンズ２１０の使用温度を制御するために使用される。
好適実施例では、界面２１５，２３５は、レンズの２次元面内で対称的な曲線をそれぞれ有し、その曲線は楕円の一部又は弧を形成する。図２Ｂに、楕円レンズ素子の例に関する概略図が、より明確に示されている。図示されているように、２つのレンズ界面の間で、曲率は異なっていてもよく、即ちそれらの曲線は異なる楕円におけるものでもよい。図２Ｂでは、第１の（入力側の）レンズ素子２１０に関連する楕円２７０は、第２の（出力側の）レンズ素子２３０に関連する楕円２８０より小さい。楕円２７０，２８０双方の長軸は、レンズの光軸に共に沿っている。球面レンズに関する収差（ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）に起因して、球面よりも楕円面が好ましい。レンズ面の形状及び選択されたＴＯ材料の屈折率を組合わせることで、レンズの光学的特性を規定する。
図２Ａはレンズ２１０の異なる２つの使用温度に関する２つの出力ビーム特性を示し、温度Ｔ１で使用する第１レンズに関する第１の出力ビーム特性２５０と、温度Ｔ２で使用する第２レンズに関する第２の出力ビーム特性２６０とを示す。図示の例では、ビーム特性２５０は、出力レンズ素子２３０の出口面からの距離がＤ１のところで幅ｈになるが、ビーム特性２６０は距離Ｄ２のところで幅ｈになる。従って、レンズ内のＴＯ材料の温度をＴ１−Ｔ２の間で制御することで、Ｄ１−Ｄ２の範囲内で出力ビームが所望の幅ｈに至る場所を制御することができる。本発明によれば、幅ｈは４５０ミクロン以下にしてもよい。
図３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、本発明によるレンズの概略断面図を示し、図１Ｂに示されるレンズと同様であるが、代替的な温度制御素子を備えている。図１Ｂにおけるものと共通する図３Ａ，３Ｂ，３Ｃにおける素子は、同一の番号を有し、繰り返して説明はされない。図３Ａは、抵抗性のヒータ３１０を示し、これはＴＯポリマの直下で直接的に接触するように形成される。上述したように、図３Ａのレンズを作成する１つの方法では、レイヤ８０ｌ、７０及び８０ｕが基板１５上に形成され、一般的なフォトリソグラフィ法によりそれらを通じてエッチングすることで、適切に成形された隙間が形成される。そして、多くの既知の何らかの堆積法により、その隙間の底部に抵抗性材料が堆積され、レンズの動作領域から隔たった抵抗性材料の端部にて電気的コンタクト（図示せず）が形成される。電気的コンタクトはコントローラに結合され、コントローラは所望の電流をヒータに与え、それによりＴＯ材料３１０の温度を制御する。図１Ａに示されるように、その隙間は、線状の配列では複数のレンズにわたって伸びてもよい。或いは、１つの隙間と１つの抵抗性ヒータが配列中のレンズの各々に形成され、各レンズに加熱素子を個別に設けてもよい。図３Ａの構造は、レンズの屈折特性（例えば、焦点距離）の急激な変化が重要である又は望まれるようなアプリケーションに有益である。ヒータはＴＯ材料に直接的に接しているので、熱エネルギはその材料に速やかに伝達可能である。この場合に、出力ビームサイズは数ミリ秒以内で変更可能である。
図３Ａは、温度を検出するために、ＴＯ材料３０に隣接したレンズ表面に形成された熱電対３３０を示す。熱電対３３０は、通常の手法で形成されてもよく、所望の温度を維持するための温度制御システムの一部として使用されてもよい。
図３Ｂは、ヒータ３２０が基板１５の底面に形成された例を示す。この実施例は、製造が比較的簡易である利点を有し、レンズの屈折特性に関する急激な変化が要求されない用途に適している。例えば、多くの用途では、製造時又は動作条件で変わる変化を補償するために、構築後に、レンズ（又はレンズアレイ）を微調整することが望ましい。そのような状況では、レンズ又はレンズアレイは、単一の一様な温度に維持されることのみを要するようにしてもよい。
図３Ｃは、他の例と同様であるが、ＴＯ材料の温度を制御するために、抵抗性ヒータの代わりにペルティエ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）装置３４０を使用する本発明の実施例を示す。ペルティエ装置を利用すると、図４に関連して以下に説明されるように、アレイ中の個々のレンズに対する良好な制御性を得ることができる。
図４は、複数のレンズ個々の制御性を促進するため、隣接するレンズの間に熱障壁（サーマルバリア）を利用する本発明の更なる実施例に関する概略断面図を示す。理解を促すため、レンズアレイ４００は３つのレンズしか有しないように描かれている。チャネルウエーブガイド入力４４０は、レンズアレイに光信号を伝送し、その信号は、説明済みの構造におけるものと同様に、スラブウエーブガイド４８０に入る。各レンズのコアはＴＯ材料であるが、上記の実施例とは異なり、隣接するレンズで使用されるＴＯ材料から孤立させられている。従って、ＴＯ材料の３つの個々の領域は、レンズの各々について、４３０ａ，４３０ｂ，４３０ｃとして示されている。一対のヒータがレンズの各々に関連付けられ、ＴＯ材料の一方の側におけるウエーブガイド４８０の上面に形成される。従って、ＴＯ材料４３０ａに隣接するものは、抵抗性ヒータ４５５ａ及び４６５ａである、等々。導電性のリード線は、ヒータ４５５ａ，４５５ｂ，４５５ｃ，４６５ａ，４６５ｂ及び４６５ｃをコントローラ（図示せず）に動作可能に接続するために使用される。抵抗性ヒータ４６５ａの電流経路は導電性リード４６０ａ，４６０ｂを含み、抵抗性ヒータ４５５ａの電流経路は導電性リード４５０ａ，４５０ｂを含む、等々。隣接するレンズは、サーマルバリア４９０ａ，４９０ｂにより熱的に分離される。サーマルバリア４９０ａ，４９０ｂは、例えば、スラブウエーブガイド４８０内に溝を形成し、非常に低熱導電性の何らかの適切な使用可能な材料で溝を充填することで形成されてもよい。実施例によっては、充填剤として空気で充分かもしれない。ウエーブガイド４８０内の溝は、周知のフォトリソグラフィ法／エッチング法によって形成されてもよい。隣接するレンズとの熱的な分離性を向上させるため、サーマルバリア４９０ａ，４９０ｂは、スラブウエーブガイド４８０の厚み全体にわたって延在し、下地基板の全部又は一部内に至ることが好ましい。この構造は、レンズアレイ４００内のレンズ各々に関する温度（及びそれにより屈折率特性）を個々に制御することを可能にする。
上述したように、抵抗性ヒータの代わりに、ペルティエ装置を利用することは、更なる制御性を与える。ペルティエ装置は構築するのにより複雑で高価であるが、より良好な温度制御を可能にし、特に、レンズアレイ中のレンズ個々の温度を制御することが望まれる用途に有利である。ペルティエ装置は、電流を反転させることで、特定のレンズに関するＴＯ材料を加熱又は冷却するよう動作する。場合によっては、長期間にわたって隣接するレンズ間で大きな温度差が維持されることを要する場合に、サーマルバリアだけでは充分でないかもしれない。例えば、レンズ４３０ａが長期にわたってレンズ４３０ｂに比較して高い温度で使用される場合に、サーマルバリアを通じて隣接するレンズ４３０ｂに熱が最終的に移動するかもしれない。ペルティエ装置は、サーマルバリア４９０ａを通じて移動する熱を除去するように、冷却モードで使用可能である。更なる他の実施例では、抵抗性ヒータ及びペルティエ装置の双方が使用されてもよい。
図５Ａ，５Ｂは、本発明の他の実施例による３次元（３Ｄ）レンズアレイ５００の平面図及び断面図を示す。シリカのような光学的に透明な材料より成る対向する基板５１０，５３０は、調整枠（アライメントリム）５１５だけ離れた所定の間隔に維持される。複数の湾曲した曲面５２０は、基板５１０，５３０の内側の基板に形成され、双方の基板が位置合わせされた場合に、一対の湾曲した面が対向する位置関係になるようにする。湾曲した面５２０は、レンズアレイ５００が使用されるシステムの光学適用性に適切に合致するいかなる形状を有していてもよい。例えば、湾曲した面５２０は、球面又は楕円面の一部を構成するように整形されてもよい。湾曲した面５２０は、グレイスケールフォトリソグラフィ法その他のエッチング技術のような何らかの適切なプロセスで形成されてもよい。図５Ａ，５Ｂでは、総て等しい湾曲した面５２０が描かれているが、湾曲した面の異なるものが異なる形状を有してもよいことは、本発明者により考察されている。例えば、基板５１０における湾曲した面は、基板５３０条の湾曲した面と異なっていてもよく、或いは単一の基板における湾曲した面でさえ変化してもよい。
光学的基板５１０，５３０の間の空間は、ＴＯ材料５４０で満たされる。抵抗性ヒータ５５０のような温度コントローラは、ＴＯ材料５４０の光学特性（即ち、屈折率）を制御するために、基板５１０及び／又は５３０の表面に形成される。従って、３Ｄレンズアレイ５００は、複数の２重の凸レンズを構成し、光は、それが湾曲した面５２０及びＴＯ材料５４０の間の界面を横切ったかのように屈折し、対向する湾曲した面にてＴＯ材料から離れる。３Ｄレンズアレイ５００が上述のレンズと同様な手法で動作するが、２次元ではなく３次元的なレンズによって光が屈折させられることを当業者は理解するであろう。
図６は、本発明の一実施例に関し、レンズからいくらかの距離を隔てて測定されたビーム幅とレンズの温度との間の関係を示すグラフである。図１Ｂの実施例の構造に類似する検査装置が、シリカ・オン・シリコン技術を用いて製造された。垂直光閉じこめに関する平坦な光ガイドは、下位クラッディング、コア及び上位クラッディングより成る３層スタックを堆積することで形成された。下位クラッディングレイヤは、シリコン基板を熱酸化することで形成された。コア及び上位クラッディングレイヤは、シリカのドープされた層の化学蒸着堆積（ＣＶＤ）により形成された。上位及び下位のクラッディング層の厚みは約１５μｍであるが、コア層は約５−６μｍであった。検査構造は、Δｎ〜０．７８％であるコア及びクラッディング層間の屈折率を有する。レンズアレイのチャネルウエーブガイドはＲＩＥにより形成された。レンズの２つの垂直な湾曲面の間の隙間は、ディープＲＩＥプロセスによりエッチングされ、旭硝子株式会社製のアモルファス・フルオロカーボン・ポリマー・サイトップ（Ｃｙｔｏｐ）で充填された。そのポリマは、１．３３３の屈折率を有し、１５５０ｎｍの波長で９５％より良好な透過率を示す。材料は２段階のプロセスで加工され：その工程は、室温で２乃至３時間の予備的な硬化に続いて、１８０℃で６０分の最終的な硬化である。本アレイはダイシングされ、入力及び出力端が光学的に研磨される。
ビーム幅は、シリカスラブウエーブガイド内を伝搬した後に、レンズ出力から２５，５０及び８０ｍｍ離れて測定された。レンズの温度は２０℃乃至８０℃まで変えられた。測定されたビーム幅は、室温のビーム幅に規格化された。８５ｍｍでは、６０℃の温度変化で約４０％ビームが広がった。５０ｍｍでは、Ｔ≒５０℃で最小値になり、再び増加し始めている。２５ｍｍでは、同じ温度範囲内で約４０％ビーム幅が減っている。この検査結果は、光のビーム幅は６０℃の温度範囲の中で±４０％変化し得ることを示す。レンズは、それらが何れかの方向に調整可能であるように、即ちビーム幅を増やす又は減らすことができるように設計可能である。これは、広範囲にわたるビーム幅であっても、レンズの非常に柔軟性のある調整を可能にする。
図７は、空気中で測定された２０℃−８０℃にわたる４つの異なる使用温度に関する、レンズからの距離とビーム幅の関係を示すグラフである。このデータを得るために使用されたレンズは、図６に関して説明済みの手法と同様な手法で作成された。ビームは空気中でシリカの中とは異なって振る舞うことが理解されるであろうし、図７はレンズの焦点距離及びビーム特性が温度と共にどのように変化するかを示す。
図８Ａ，８Ｂは、ビーム伝搬法（ＢＰＭ：ｂｅａｍ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）を用いて計算されるような、３つの異なるレンズ設計内容について、温度の関数としてビーム幅を示すグラフである。図８Ａ，８Ｂは、−４０℃乃至約８０℃の温度範囲にわたって、同一の３つのレンズからデータを与える。図８Ａは２０ｍｍにおけるビーム幅を示し、図８Ｂは５０ｍｍにおけるビーム幅を示す。何れのレンズでも、レンズの入力側は同一形状であり、それは、９４４ミクロンの長軸及び４７０ミクロンの短軸を有する楕円の一部である。しかしながら、レンズの外側は異なる形状を有する。何れの場合も、出力側の主軸は２１０３ミクロンであったが、短軸は２０ミクロンの増分で調整され、３つの異なるレンズにおける出力の短軸は１０２６，１０４６及び１０６６ミクロンにそれぞれ設定された。図８Ａ，８Ｂは、“０”“２０”及び“−２０”の曲線（菱形、丸印及び三角）でそれぞれ表現される。１０４６．１の短軸を有するレンズの曲線は、“０”で示され、他は２０ミクロン大きい又は小さいものに対応する。
図８Ａ，８Ｂから理解されるように、曲線の各々は異なる最小値を有し、それはレンズ形状の関数である。最小値付近の各曲線の形状は比較的平坦であり、比較的温度に敏感でない動作領域を与える。この情報を用いて、比較的大きなｄｎ／ｄＴを有するポリマ材料で、それにもかかわらず所望の使用温度範囲内で比較的温度に敏感でないマイクロレンズを構築することができる。
従って、本発明の一態様は、サーモオプティカル又は他の温度に敏感なポリマを有するマイクロレンズを構築する方法を与える。本発明方法によれば、出力レンズの選択された１つの距離（又は選択された複数の距離）において、マイクロレンズの出力ビームに関連する複数の曲線を生成する。これらの曲線は、レンズ材料の屈折率及びレンズ要素の形状を考慮して生成される。これらの曲線は、ビーム伝搬法のような演算モデル化技術を用いて生成されてもよい。本発明により示されるように、これらの曲線は最小値を有し、そこでは曲線の他の部分と比較して比較的平坦である。レンズ設計者は曲線を選択し、その曲線は、例えば、温度、ビーム距離等のようなレンズの所望の動作パラメータに関連する最小値を有し、選択された曲線に関するレンズを構築する。
より一般的には、本発明によれば、レンズ設計者は図８Ａ，８Ｂに示されるようなデータを用いて、比較的温度に敏感なポリマをレンズ素子として組み込むマイクロレンズの温度依存性を減少させる。従って、より一般的な方法によれば、レンズ設計者は、レンズ出力からの所望の距離における所望のビーム幅に関する知識、及びレンズの意図される使用温度範囲に関する知識を把握して設計し始める。そして、設計者は、レンズシステムのパラメータと出力ビームとの関係を、レンズの意図される使用温度範囲を走査する温度範囲で分析する。分析されるパラメータは、レンズ素子の形状、その範疇の複数の温度におけるレンズ素子の屈折率、及びレンズ素子の界面の性質を少なくとも含む。そして、設計者はこれらの分析内容を利用して、最終的なレンズ設計内容の温度変動性最小化する。レンズ素子の屈折率は光の波長の関数として変化してもよく、従ってそのことも分析内容のパラメータに含めてもよいことが理解されるであろう。
図８Ａ，８Ｂに示される曲線は、それらの最小値に近くない部分では比較的一定の傾斜を有する。従って、この情報を利用して、レンズが最小値から離れた領域で動作することを保証するよう設計することで、レンズの温度依存性を最大化してもよい。
図９は、本発明の実施例によるマイクロレンズアレイを用いる光スイッチ９００を示す。簡単のため、４つの入力及び出力しか示されていない。光スイッチは、複数の光ファイバより成る入力ファイバアレイ９１０より成り、光ファイバは入力チャネルウエーブガイド９２０にて終端する。チャネルウエーブガイド９２０は入力レンズアレイ９３０へ案内する。レンズアレイ９３０からの出力は入力アクティブ素子９４０に伝送され、入力アクティブ素子は、例えば、１つの入力チャネルで受信された光の経路を、選択された別の出力チャネルに改めて方向付けるスイッチング素子より成る。様々な既存の任意のスイッチング素子が使用されてもよい。光はスラブウエーブガイド９５０を介して入力アクティブ要素９４０から出力アクティブ要素９６０に伝送される。出力アクティブ要素９６０で受信された光は、出力レンズアレイ９７０内のレンズの１つに方向付けられ、出力チャネルウエーブガイド９８０に至り、最終的に出力ファイバアレイ９９０に至る。入力及び出力ファイバアレイ９１０，９９０から離れている残りの要素は、説明済みの通常のＰＬＣ技術を用いてシリコン基板９０１上に形成されてもよい。
以上本発明が特に図示の実施例に関連して説明されてきたが、様々な代替例、修正例及び適用例が本開示内容に基づいてなされるであろうし、それらは本発明の範囲内であることが意図される。本発明は、現在想定される最も実用的且つ好適な実施例が何であるかの観点から説明されてきたが、本発明は説明された実施例に限定されず、添付の特許請求の範囲内に様々な修正例及び均等物を含むように意図されていることを理解されるべきである。
以下、本発明により教示される手段を例示的に列挙する。
（付記１）
第１の屈折率を有する第１の光学的に透明な材料で形成される第１の湾曲した面と、
第２の屈折率を有する第２の光学的に透明な材料で形成され、前記第１の湾曲した面とは離れている第２の面と、
前記第１及び第２の面の間で前記第１及び第２の面に接するよう設けられ、前記第１の屈折率とは異なる第３の屈折率を有するサーモオプティカルポリマと、
前記ポリマに結合された温度コントローラと、
を備えることを特徴とするチューナブルマイクロレンズ。
（付記２）
付記１記載のチューナブルマイクロレンズを複数個有するマイクロレンズアレイであって、前記チューナブルマイクロレンズアレイの各々は平行な光軸を有する
ことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
（付記３）
前記第１及び第２の光学的に透明な材料が同じである
ことを特徴とする付記１記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記４）
前記第２の面が湾曲している
ことを特徴とする付記１記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記５）
前記第１及び第２の湾曲した面が２次元的である
ことを特徴とする付記４記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記６）前記第１及び第２の湾曲した面が楕円の一部をなす
ことを特徴とする付記５記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記７）
前記第１の湾曲した面が第１の楕円の一部をなし、前記第２の湾曲した面が第２の楕円の一部をなし、前記第１の楕円が前記第２の楕円より大きい
ことを特徴とする付記６記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記８）
前記第１及び第２の湾曲した面が３次元的である
ことを特徴とする付記４記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記９）
前記第１及び第２の湾曲した面が凹面状である
ことを特徴とする付記４記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記１０）
前記第１及び第２の光学的に透明な材料がシリカより成る
ことを特徴とする付記３記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記１１）
前記温度コントローラが、抵抗性の加熱素子より成る
ことを特徴とする付記１記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記１２）
前記温度コントローラが、ペルティエ装置より成る
ことを特徴とする付記１記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記１３）
隣接するマイクロレンズアレイの間に熱的障壁を更に備える
ことを特徴とする付記２記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記１４）
平坦な基板に設けられ、第１の光学的に透明な材料より成り、湾曲面の光出力面を有する複数の第１のレンズ体と、
前記第１のレンズ体と同じ材料より成り、対応する複数の第２のレンズ体であって、前記第１のレンズ体と対向して離れた位置関係で前記平坦な基板に設けられ、レンズ体の複数の対を形成し、前記レンズ体の対の各々は前記第１のレンズ体及び前記第２のレンズ体の間に隙間を有するところの複数の第２のレンズ体と、
前記隙間の中に設けられ、前記第１の光学的に透明な材料の屈折率とは異なる屈折率を有するサーモオプティカルポリマと、
前記サーモオプティカルポリマに熱的に結合された少なくとも１つの温度コントローラと
を備えることを特徴とする２次元チューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記１５）
前記第１の光学的に透明な材料がシリカより成る
ことを特徴とする付記１４記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記１６）
前記平坦な基板がシリコンより成る
ことを特徴とする付記１４記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記１７）
複数のレンズに対応する複数の温度コントローラを有し、隣接するレンズの少なくともいくつかの間に熱的障壁を有する
ことを特徴とする付記１４記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記１８）
前記少なくとも１つの温度コントローラが、抵抗性の加熱素子より成る
ことを特徴とする付記１４記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記１９）
前記少なくとも１つの温度コントローラが、ペルティエ装置より成る
ことを特徴とする付記１４記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記２０）
前記複数の温度コントローラが、抵抗性の加熱素子より成る
ことを特徴とする付記１７記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記２１）
前記複数の温度コントローラが、ペルティエ装置より成る
ことを特徴とする付記１７記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記２２）
第１の光学的に透明な材料より成る実質的に平坦な第１の基板に形成された湾曲した面のアレイと、
光学的に透明な前記第１の基板と対向して離れた位置関係で設けられた実質的に平坦な第２の基板であって、実質的に平坦な前記第１及び第２の基板の間に隙間を形成するところの第２の基板と、
前記隙間の中に設けられ、前記第１の光学的に透明な材料のものとは異なる屈折率を有するサーモオプティカルポリマと、
前記サーモオプティカルポリマに結合された温度コントローラと
を備えることを特徴とする３次元チューナブルマイクロレンズアレイ。
（付記２３）
光学的に透明な材料から複数の第１のレンズ素子を形成するステップであって、前記第１のレンズ素子の各々は湾曲した光出力面を有するところのステップと、
光学的に透明な材料から複数の第２のレンズ素子を形成するステップであって、前記第２のレンズ素子の各々は、前記第１のレンズ素子の１つに対応して離れて対向する位置関係にあり、レンズ素子の間で隙間を規定する複数のレンズ素子の対を形成するステップと、
サーモオプティカルポリマの液で前記隙間を充填するステップと、
前記サーモオプティカルポリマを硬化させるステップと、
前記サーモオプティカルポリマに隣接して温度コントローラを設けるステップと
を有することを特徴とするマイクロレンズアレイを作成する方法。
（付記２４）
前記第１及び第２のレンズ素子が、楕円面を有し、二重凹レンズシステムを形成する
ことを特徴とする付記２３記載の方法。
（付記２５）
前記温度コントローラを設けるステップが、抵抗性の素子を形成するステップを有する
ことを特徴とする付記２３記載の方法。
（付記２６）
前記温度コントローラを設けるステップが、ペルティエ装置を形成するステップを有する
ことを特徴とする付記２３記載の方法。
（付記２７）
前記サーモオプティカルポリマが、アクリル酸エステルのモノマー、アモルファスのフルオロカーボンポリマ、ポリスチレン、ポリイミド、ＰＭＭＡ、ＦＰＥより成る材料の群から選択されたものである
ことを特徴とする付記２３記載の方法。
（付記２８）
前記第１及び第２の光学的に透明な材料がシリカより成る
ことを特徴とする付記２３記載の方法。
（付記２９）
複数のレンズ素子を含むレンズシステムの温度依存性を低減する方法であって、前記レンズ素子の少なくとも１つはサーモオプティカル材料より成り、当該方法は、
複数の曲線を生成するステップであって、前記曲線の各々が前記レンズシステムの温度依存性が比較的平坦になる最小値を有するように、前記レンズシステムで使用される材料の屈折率及び前記レンズシステムで使用される前記レンズ素子の形状を考慮して、前記レンズシステムからの選択された距離における出力ビーム幅と前記レンズシステムの温度とを関連付ける複数の曲線を生成するステップと、
前記レンズシステムの所望の動作パラメータの近辺で最小値を有する曲線を選択するステップと、
選択された曲線に関するレンズシステムを構築するステップと
を有することを特徴とする方法。
（付記３０）
複数のレンズ素子を含むレンズシステムの温度依存性を低減する方法であって、前記レンズ素子の少なくとも１つはサーモオプティカル材料より成り、当該方法は、
前記レンズシステムの出力から所望の距離における所望のビーム幅を選択するステップと、
前記レンズシステムの動作温度の所望の範囲を選択するステップと、
前記レンズシステムのパラメータと複数の温度に関する所望の距離における前記出力ビーム幅との関係を分析するステップであって、前記パラメータは、前記レンズ素子の形状、前記複数の温度の各々におけるレンズ材料の屈折率及び前記レンズ素子間の界面の性質を含むところのステップと、
分析結果に基づいて、前記レンズシステムに関するパラメータを選択するステップであって、前記パラメータは、前記所望の距離における選択されたビーム幅に、動作温度の前記範囲において最小の変動量を実質的に与えるところのステップと、
を有することを特徴とする方法。
本発明の第１実施例による２次元レンズアレイの概略的な平面図及び断面図を示す。 本発明による異なるビーム特性を示すチューナブルレンズの概略断面図を示す。 本発明による好適なレンズ素子の楕円形状を詳細に示す図である。 本発明による代替的なヒータシステムを描いたチューナブルレンズの概略断面図を示す。 本発明による耐熱障壁を描いた更なる実施例に関する概略平面図である。 本発明による３次元レンズアレイの実施例に関する概略的な平面図及び断面図を示す。 本発明の一実施例に関するビーム幅及び温度の関係を示すグラフである。 本発明の一実施例に関するビーム幅及びレンズからの距離の関係を示すグラフである。 本発明による様々な構造に関するビーム幅及び温度の関係を示すグラフである。 本発明を使用する光学スイッチの概略平面図である。
符号の説明
１５ 基板； ２０ 二重凹面レンズ； ３０ サーモオプティカルポリマ； ４０ 光ウエーブガイド； ５０，６０ 加熱素子； ７０ コア層； ８０ クラッディング層；
２１０ 入力レンズ素子； ２１５，２３５ 湾曲した境界面； ２２０ ＴＯ材料； ２３０ 出力レンズ素子； ２５０，２６０ 出力ビーム特性； ２７０，２８０ 楕円形状；
３１０ ＴＯ材料； ３３０ 熱電対； ３４０ ペルティエ装置；
４００ レンズアレイ； ４３０ ＴＯ材料； ４４０ チャネルウエーブガイド； ４５０ 導電性リード； ４５５，４６５ ヒータ； ４８０ スラブウエーブガイド； ４９０ 熱障壁；
５００ レンズアレイ； ５１０，５３０ 基板； ５１５ アライメントリム； ５２０ 湾曲した面； ５４０ ＴＯ材料； ５５０ 抵抗性ヒータ；
９００ 光スイッチ； ９０１ シリコン基板； ９１０ 入力ファイバアレイ； ９２０ チャネルウエーブガイド； ９３０ 入力レンズアレイ； ９４０ 入力アクティブ素子； ９５０ スラブウエーブガイド； ９６０ 出力アクティブ素子； ９８０ 出力チャネルウエーブガイド； ９９０ 出力ファイバアレイ

Claims (20)

  1. 第１の屈折率を有する第１の光学的に透明な材料で形成される第１の湾曲した面と、
    第２の屈折率を有する第２の光学的に透明な材料で形成され、前記第１の湾曲した面とは離れている第２の面と、
    前記第１及び第２の面の間で前記第１及び第２の面に接するよう設けられ、前記第１の屈折率とは異なる第３の屈折率を有するサーモオプティカルポリマと、
    前記ポリマに結合された温度コントローラと、
    を備えることを特徴とするチューナブルマイクロレンズ。
  2. 請求項１記載のチューナブルマイクロレンズを複数個有するマイクロレンズアレイであって、前記チューナブルマイクロレンズアレイの各々は平行な光軸を有する
    ことを特徴とするマイクロレンズアレイ。
  3. 前記第１及び第２の光学的に透明な材料が同じである
    ことを特徴とする請求項１記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
  4. 前記第２の面が湾曲している
    ことを特徴とする請求項１記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
  5. 前記温度コントローラが、抵抗性の加熱素子より成る
    ことを特徴とする請求項１記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
  6. 前記温度コントローラが、ペルティエ装置より成る
    ことを特徴とする請求項１記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
  7. 平坦な基板に設けられ、第１の光学的に透明な材料より成り、湾曲面の光出力面を有する複数の第１のレンズ体と、
    前記第１のレンズ体と同じ材料より成り、対応する複数の第２のレンズ体であって、前記第１のレンズ体と対向して離れた位置関係で前記平坦な基板に設けられ、レンズ体の複数の対を形成し、前記レンズ体の対の各々は前記第１のレンズ体及び前記第２のレンズ体の間に隙間を有するところの複数の第２のレンズ体と、
    前記隙間の中に設けられ、前記第１の光学的に透明な材料の屈折率とは異なる屈折率を有するサーモオプティカルポリマと、
    前記サーモオプティカルポリマに熱的に結合された少なくとも１つの温度コントローラと
    を備えることを特徴とする２次元チューナブルマイクロレンズアレイ。
  8. 前記第１の光学的に透明な材料がシリカより成る
    ことを特徴とする請求項７記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
  9. 前記平坦な基板がシリコンより成る
    ことを特徴とする請求項７記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
  10. 複数のレンズに対応する複数の温度コントローラを有し、隣接するレンズの少なくともいくつかの間に熱的障壁を有する
    ことを特徴とする請求項７記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
  11. 前記少なくとも１つの温度コントローラが、抵抗性の加熱素子より成る
    ことを特徴とする請求項７記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
  12. 前記少なくとも１つの温度コントローラが、ペルティエ装置より成る
    ことを特徴とする請求項７記載のチューナブルマイクロレンズアレイ。
  13. 第１の光学的に透明な材料より成る実質的に平坦な第１の基板に形成された湾曲した面のアレイと、
    光学的に透明な前記第１の基板と対向して離れた位置関係で設けられた実質的に平坦な第２の基板であって、実質的に平坦な前記第１及び第２の基板の間に隙間を形成するところの第２の基板と、
    前記隙間の中に設けられ、前記第１の光学的に透明な材料のものとは異なる屈折率を有するサーモオプティカルポリマと、
    前記サーモオプティカルポリマに結合された温度コントローラと
    を備えることを特徴とする３次元チューナブルマイクロレンズアレイ。
  14. 光学的に透明な材料から複数の第１のレンズ素子を形成するステップであって、前記第１のレンズ素子の各々は湾曲した光出力面を有するところのステップと、
    光学的に透明な材料から複数の第２のレンズ素子を形成するステップであって、前記第２のレンズ素子の各々は、前記第１のレンズ素子の１つに対応して離れて対向する位置関係にあり、レンズ素子の間で隙間を規定する複数のレンズ素子の対を形成するステップと、
    サーモオプティカルポリマの液で前記隙間を充填するステップと、
    前記サーモオプティカルポリマを硬化させるステップと、
    前記サーモオプティカルポリマに隣接して温度コントローラを設けるステップと
    を有することを特徴とするマイクロレンズアレイを作成する方法。
  15. 前記第１及び第２のレンズ素子が、楕円面を有し、二重凹レンズシステムを形成する
    ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
  16. 前記温度コントローラを設けるステップが、抵抗性の素子を形成するステップを有する
    ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
  17. 前記温度コントローラを設けるステップが、ペルティエ装置を形成するステップを有する
    ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
  18. 前記第１及び第２の光学的に透明な材料がシリカより成る
    ことを特徴とする請求項１４記載の方法。
  19. 複数のレンズ素子を含むレンズシステムの温度依存性を低減する方法であって、前記レンズ素子の少なくとも１つはサーモオプティカル材料より成り、当該方法は、
    複数の曲線を生成するステップであって、前記曲線の各々が前記レンズシステムの温度依存性が比較的平坦になる最小値を有するように、前記レンズシステムで使用される材料の屈折率及び前記レンズシステムで使用される前記レンズ素子の形状を考慮して、前記レンズシステムからの選択された距離における出力ビーム幅と前記レンズシステムの温度とを関連付ける複数の曲線を生成するステップと、
    前記レンズシステムの所望の動作パラメータの近辺で最小値を有する曲線を選択するステップと、
    選択された曲線に関するレンズシステムを構築するステップと
    を有することを特徴とする方法。
  20. 複数のレンズ素子を含むレンズシステムの温度依存性を低減する方法であって、前記レンズ素子の少なくとも１つはサーモオプティカル材料より成り、当該方法は、
    前記レンズシステムの出力から所望の距離における所望のビーム幅を選択するステップと、
    前記レンズシステムの動作温度の所望の範囲を選択するステップと、
    前記レンズシステムのパラメータと複数の温度に関する所望の距離における前記出力ビーム幅との関係を分析するステップであって、前記パラメータは、前記レンズ素子の形状、前記複数の温度の各々におけるレンズ材料の屈折率及び前記レンズ素子間の界面の性質を含むところのステップと、
    分析結果に基づいて、前記レンズシステムに関するパラメータを選択するステップであって、前記パラメータは、前記所望の距離における選択されたビーム幅に、動作温度の前記範囲において最小の変動量を実質的に与えるところのステップと、
    を有することを特徴とする方法。
JP2004347400A 2003-12-01 2004-11-30 チューナブルマイクロレンズアレイ Expired - Fee Related JP4758638B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/725840 2003-12-01
US10/725,840 US6999238B2 (en) 2003-12-01 2003-12-01 Tunable micro-lens array

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005182008A true JP2005182008A (ja) 2005-07-07
JP4758638B2 JP4758638B2 (ja) 2011-08-31

Family

ID=34620367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004347400A Expired - Fee Related JP4758638B2 (ja) 2003-12-01 2004-11-30 チューナブルマイクロレンズアレイ

Country Status (2)

Country Link
US (2) US6999238B2 (ja)
JP (1) JP4758638B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015169795A (ja) * 2014-03-07 2015-09-28 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光送信装置

Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8018658B2 (en) * 2004-03-31 2011-09-13 The Regents Of The Univeristy Of California Fluidic adaptive lens systems and methods
US7453646B2 (en) * 2004-03-31 2008-11-18 The Regents Of The University Of California Fluidic adaptive lens systems and methods
US20110118834A1 (en) * 2004-03-31 2011-05-19 Yuhwa Lo Fluidic intraocular lens systems and methods
KR20060135930A (ko) * 2004-03-31 2006-12-29 더 리젠츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 렌즈 장치와, 이 렌즈 장치를 포함하는 한 세트의 안경 및시스템과, 멀티 렌즈 장치와, 이 멀트 렌즈 장치를포함하는 줌 렌즈 시스템과, 이 줌 렌즈 시스템을 포함하는시스템과, 유체 순응 렌즈 장치 제조 방법과, 렌즈 장치작동 방법
US7425933B2 (en) * 2004-04-14 2008-09-16 Samsung Semiconductor Israel R&D Center (Sirc) Systems and methods for correcting green disparity in imager sensors
EP1812813A4 (en) * 2004-11-05 2008-04-09 Univ California ADAPTIVE FLUID LENS SYSTEMS WITH PUMP SYSTEMS
US20060264824A1 (en) * 2005-05-20 2006-11-23 Swisher Kyle Y Iii Disposable safety medical syringe assembly and method of manufacture
US7711222B2 (en) * 2006-03-03 2010-05-04 Alcatel-Lucent Usa Inc. Tunable dispersion compensation apparatus
CA2645082A1 (en) * 2006-03-03 2007-09-13 Gemfire Corporation Dynamically tunable waveguide chip for optical transforms
US7522783B2 (en) * 2006-06-05 2009-04-21 Fujitsu Limited Optical interconnect apparatuses and electro-optic modulators for processing systems
US7986465B1 (en) 2007-03-01 2011-07-26 Rhevision Technology, Inc. Systems and methods for effecting zoom and focus using fluidic adaptive lenses
US8254034B1 (en) 2008-03-31 2012-08-28 Rhevision Technology, Inc. Fluidic adaptive lens with a lens membrane having suppressed fluid permeability
US7949217B2 (en) * 2008-05-01 2011-05-24 Fujitsu Limited Selectively enhancing angular beam deflection
WO2010045406A2 (en) 2008-10-15 2010-04-22 The Regents Of The University Of California Camera system with autonomous miniature camera and light source assembly and method for image enhancement
US8467133B2 (en) 2010-02-28 2013-06-18 Osterhout Group, Inc. See-through display with an optical assembly including a wedge-shaped illumination system
US9128281B2 (en) 2010-09-14 2015-09-08 Microsoft Technology Licensing, Llc Eyepiece with uniformly illuminated reflective display
WO2011106797A1 (en) 2010-02-28 2011-09-01 Osterhout Group, Inc. Projection triggering through an external marker in an augmented reality eyepiece
US9097891B2 (en) 2010-02-28 2015-08-04 Microsoft Technology Licensing, Llc See-through near-eye display glasses including an auto-brightness control for the display brightness based on the brightness in the environment
US9759917B2 (en) 2010-02-28 2017-09-12 Microsoft Technology Licensing, Llc AR glasses with event and sensor triggered AR eyepiece interface to external devices
US8477425B2 (en) 2010-02-28 2013-07-02 Osterhout Group, Inc. See-through near-eye display glasses including a partially reflective, partially transmitting optical element
US9341843B2 (en) 2010-02-28 2016-05-17 Microsoft Technology Licensing, Llc See-through near-eye display glasses with a small scale image source
US9229227B2 (en) 2010-02-28 2016-01-05 Microsoft Technology Licensing, Llc See-through near-eye display glasses with a light transmissive wedge shaped illumination system
US9134534B2 (en) 2010-02-28 2015-09-15 Microsoft Technology Licensing, Llc See-through near-eye display glasses including a modular image source
US8482859B2 (en) 2010-02-28 2013-07-09 Osterhout Group, Inc. See-through near-eye display glasses wherein image light is transmitted to and reflected from an optically flat film
US9182596B2 (en) 2010-02-28 2015-11-10 Microsoft Technology Licensing, Llc See-through near-eye display glasses with the optical assembly including absorptive polarizers or anti-reflective coatings to reduce stray light
US8472120B2 (en) 2010-02-28 2013-06-25 Osterhout Group, Inc. See-through near-eye display glasses with a small scale image source
US9091851B2 (en) 2010-02-28 2015-07-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Light control in head mounted displays
US9223134B2 (en) 2010-02-28 2015-12-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Optical imperfections in a light transmissive illumination system for see-through near-eye display glasses
US9366862B2 (en) 2010-02-28 2016-06-14 Microsoft Technology Licensing, Llc System and method for delivering content to a group of see-through near eye display eyepieces
US9097890B2 (en) 2010-02-28 2015-08-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Grating in a light transmissive illumination system for see-through near-eye display glasses
US20150309316A1 (en) 2011-04-06 2015-10-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Ar glasses with predictive control of external device based on event input
US8488246B2 (en) 2010-02-28 2013-07-16 Osterhout Group, Inc. See-through near-eye display glasses including a curved polarizing film in the image source, a partially reflective, partially transmitting optical element and an optically flat film
US9285589B2 (en) 2010-02-28 2016-03-15 Microsoft Technology Licensing, Llc AR glasses with event and sensor triggered control of AR eyepiece applications
US9129295B2 (en) 2010-02-28 2015-09-08 Microsoft Technology Licensing, Llc See-through near-eye display glasses with a fast response photochromic film system for quick transition from dark to clear
US10180572B2 (en) 2010-02-28 2019-01-15 Microsoft Technology Licensing, Llc AR glasses with event and user action control of external applications
US20120249797A1 (en) 2010-02-28 2012-10-04 Osterhout Group, Inc. Head-worn adaptive display
WO2013086046A1 (en) 2011-12-06 2013-06-13 Ostendo Technologies, Inc. Spatio-optical and temporal spatio-optical directional light modulators
US8928969B2 (en) 2011-12-06 2015-01-06 Ostendo Technologies, Inc. Spatio-optical directional light modulator
US8854724B2 (en) 2012-03-27 2014-10-07 Ostendo Technologies, Inc. Spatio-temporal directional light modulator
US9187360B2 (en) 2012-04-20 2015-11-17 Schott Corporation Glasses for the correction of chromatic and thermal optical aberations for lenses transmitting in the near, mid, and far-infrared sprectrums
US9179126B2 (en) 2012-06-01 2015-11-03 Ostendo Technologies, Inc. Spatio-temporal light field cameras
TWI625551B (zh) 2013-03-15 2018-06-01 傲思丹度科技公司 具有改良之視角深度及解析度之三維光場顯示器及方法
US9077901B2 (en) * 2013-09-11 2015-07-07 Lytro, Inc. Light field image capture device having 2D image capture mode
US10154197B2 (en) 2013-09-11 2018-12-11 Google Llc Image capture device having light field image capture mode, 2D image capture mode, and intermediate capture mode
CN103885173B (zh) * 2014-03-13 2016-07-13 明基材料有限公司 光切换模组
US9606419B2 (en) 2014-03-21 2017-03-28 Fundació Institut De Ciències Fotòniques Adaptive photothermal lens
US10274648B2 (en) 2014-05-28 2019-04-30 Fundació Institut De Ciències Fotòniques Adaptive thermal micro lens
US11609427B2 (en) 2015-10-16 2023-03-21 Ostendo Technologies, Inc. Dual-mode augmented/virtual reality (AR/VR) near-eye wearable displays
US11106273B2 (en) 2015-10-30 2021-08-31 Ostendo Technologies, Inc. System and methods for on-body gestural interfaces and projection displays
US10345594B2 (en) 2015-12-18 2019-07-09 Ostendo Technologies, Inc. Systems and methods for augmented near-eye wearable displays
US10578882B2 (en) 2015-12-28 2020-03-03 Ostendo Technologies, Inc. Non-telecentric emissive micro-pixel array light modulators and methods of fabrication thereof
US10353203B2 (en) 2016-04-05 2019-07-16 Ostendo Technologies, Inc. Augmented/virtual reality near-eye displays with edge imaging lens comprising a plurality of display devices
US10453431B2 (en) 2016-04-28 2019-10-22 Ostendo Technologies, Inc. Integrated near-far light field display systems
US10522106B2 (en) 2016-05-05 2019-12-31 Ostendo Technologies, Inc. Methods and apparatus for active transparency modulation
WO2017223299A1 (en) 2016-06-22 2017-12-28 Massachusetts Institute Of Technology Methods and systems for optical beam steering
US10338400B2 (en) 2017-07-03 2019-07-02 Holovisions LLC Augmented reality eyewear with VAPE or wear technology
US10859834B2 (en) 2017-07-03 2020-12-08 Holovisions Space-efficient optical structures for wide field-of-view augmented reality (AR) eyewear
WO2020222902A1 (en) 2019-04-30 2020-11-05 Massachusetts Institute Of Technology Planar luneburg lens system for two-dimensional optical beam steering

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60201302A (ja) * 1984-03-26 1985-10-11 Canon Inc レンズ形成装置
JPH10210213A (ja) * 1997-01-24 1998-08-07 Fujitsu Ltd 光学装置
JP2000019472A (ja) * 1998-06-30 2000-01-21 Olympus Optical Co Ltd 光学特性可変光学素子
JP2001166345A (ja) * 1999-12-13 2001-06-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 熱光学スイッチアレイ
JP2002318398A (ja) * 2001-02-16 2002-10-31 Fujitsu Ltd 光偏向素子、光スイッチモジュール、光信号切換え装置及び光配線基板
JP2002540450A (ja) * 1999-03-22 2002-11-26 ジェムファイアー・コーポレーション 光電子および光子デバイス
JP2003527624A (ja) * 1999-08-06 2003-09-16 ジェムファイア コーポレイション 高速立上り時間を有する熱光学スイッチ
JP2003262894A (ja) * 2002-03-08 2003-09-19 Mitsubishi Rayon Co Ltd 光フィルタ
JP2003531399A (ja) * 2000-04-14 2003-10-21 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 自由空間ノンブロッキング・スイッチ
JP2003315853A (ja) * 2002-04-24 2003-11-06 Fujitsu Ltd 発散補正付き光スイッチング装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3765749A (en) * 1972-05-23 1973-10-16 Bell Telephone Labor Inc Optical memory storage and retrieval system
US4872743A (en) * 1983-04-18 1989-10-10 Canon Kabushiki Kaisha Varifocal optical element
US5737120A (en) * 1995-03-14 1998-04-07 Corning Incorporated Low weight, achromatic, athermal, long wave infrared objective lens
US5986811A (en) * 1995-06-07 1999-11-16 Meso Scale Technologies Llp Method of and apparatus for generating a 3-D image from a 2-D image having a changeable focusing micro-lens array
US6137634A (en) * 1999-02-01 2000-10-24 Intel Corporation Microlens array
US6582988B1 (en) * 1999-09-30 2003-06-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method for forming micro lens structures
JP2001296405A (ja) * 2000-04-12 2001-10-26 Nippon Sheet Glass Co Ltd ロッドレンズアレイ
US7027469B2 (en) * 2001-11-30 2006-04-11 Optitune Plc Tunable filter

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60201302A (ja) * 1984-03-26 1985-10-11 Canon Inc レンズ形成装置
JPH10210213A (ja) * 1997-01-24 1998-08-07 Fujitsu Ltd 光学装置
JP2000019472A (ja) * 1998-06-30 2000-01-21 Olympus Optical Co Ltd 光学特性可変光学素子
JP2002540450A (ja) * 1999-03-22 2002-11-26 ジェムファイアー・コーポレーション 光電子および光子デバイス
JP2003527624A (ja) * 1999-08-06 2003-09-16 ジェムファイア コーポレイション 高速立上り時間を有する熱光学スイッチ
JP2001166345A (ja) * 1999-12-13 2001-06-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 熱光学スイッチアレイ
JP2003531399A (ja) * 2000-04-14 2003-10-21 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 自由空間ノンブロッキング・スイッチ
JP2002318398A (ja) * 2001-02-16 2002-10-31 Fujitsu Ltd 光偏向素子、光スイッチモジュール、光信号切換え装置及び光配線基板
JP2003262894A (ja) * 2002-03-08 2003-09-19 Mitsubishi Rayon Co Ltd 光フィルタ
JP2003315853A (ja) * 2002-04-24 2003-11-06 Fujitsu Ltd 発散補正付き光スイッチング装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015169795A (ja) * 2014-03-07 2015-09-28 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 光送信装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP4758638B2 (ja) 2011-08-31
US20060082885A1 (en) 2006-04-20
US20050117195A1 (en) 2005-06-02
US7072117B2 (en) 2006-07-04
US6999238B2 (en) 2006-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4758638B2 (ja) チューナブルマイクロレンズアレイ
KR101228225B1 (ko) 광디바이스, 광디바이스의 제조방법 및 광집적 디바이스
US7593617B2 (en) Optical waveguide
US7756376B2 (en) Optical functional waveguide, optical modulator, arrayed waveguide grating, and dispersion compensation circuit
KR100724683B1 (ko) 도파로형 가변광감쇠기
US6463192B1 (en) Non-blocking micro-optic switch matrix for use in fiber optic systems
US6246809B1 (en) Asymmetric thermo-optical switch
JP2004533635A (ja) 電磁放射線を制御するために結晶を構成設定し調整する方法及び装置
TW499587B (en) Tree-space non-blocking switch
US6243525B1 (en) Optical waveguide device comprising at least one bent waveguide channel
US6870998B2 (en) Variable optical attenuator
KR100370221B1 (ko) 광스위치
US6621644B2 (en) Optical wavelength-demultiplexer with an improved optical lens
Glebov et al. Planar hybrid polymer-silica microlenses with tunable beamwidth and focal length
JP2003215647A (ja) 平面導波路型光回路及びその製造方法
KR101704786B1 (ko) 고반사 브래그 격자 폴리머 광도파로 소자
Yang Effcient coupling interfaces for silicon photonics applications
JP2002311343A (ja) 導波路型光偏向器およびそれを用いた光スイッチ
German et al. Optical MEMS platform for low-cost on-chip integration of planar light circuits and optical switching
Gulvin et al. Silicon-on-insulator-based optical add-drop multiplexers
Masuda et al. Beam steering type 1: 4 optical switch with polymer thermo-optic phase shifters in a silica arrayed-waveguide
US20030133643A1 (en) Optical switch
US20120263413A1 (en) Waveguide type high density optical matrix switches
WO2001067148A1 (en) Waveguide array device
CA2289500A1 (en) Polymeric phased array

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071004

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100609

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100615

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100813

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110524

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110603

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140610

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees