JP3696802B2

JP3696802B2 - マイクロレンズおよび光モジュール

Info

Publication number: JP3696802B2
Application number: JP2001134939A
Authority: JP
Inventors: 真弘上川; 浩紀佐々木; 毅高森; 仁典前野
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2001-05-02
Filing date: 2001-05-02
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2021-05-02
Also published as: JP2002328204A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信機器に適用するのに好適なマイクロレンズおよびこれを含む光モジュールに関し、特に、ＣＧＨ素子のような微小な回折型光学素子で構成するのに好適なマイクロレンズおよび光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信で用いられるレーザダイオードあるいは光ファイバのような光学素子に光学的に結合されるマイクロレンズが、例えば、特開平７−１９９００６号公報および特開平１１−２９５５６１号公報に開示されている。
前者によれば、マイクロレンズとして球状のボールレンズを用いることが提案され、後者によれば、マイクロレンズの円形レンズ面の縁部に、環状部分を設けることが提案されている。
これらのマイクロレンズは、前記した光学素子が搭載される半導体基板上に形成された溝内に配置されることにより、前記光学素子に相互に光軸を一致させて光学的に適正に結合されるように、位置決められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記したようなボールレンズあるいは環状部分が設けられたマイクロレンズのような従来のマイクロレンズの直径は、１００μｍ〜２００μｍ程度に過ぎず、このような極めて小さなレンズを所定箇所に配置するためのマイクロレンズの取扱は、容易ではない。
また、環状部分が設けられたマイクロレンズでは、レンズ面を取り巻く環状面に平坦面が規定されるが、レンズの周面は円形曲面であることから、レンズの側方からの負圧を利用した吸引保持には適していない。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、取扱が従来に比較して容易なマイクロレンズを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、負圧を利用した吸引保持が容易なマイクロレンズを提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、取扱が容易なマイクロレンズを含む光モジュールを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した目的を達成するために、次の構成を採用する。
〈構成〉
本発明は、レンズ面が形成された光学基板からなり、前記レンズ面の縁部における一側には、該レンズ面に平行な面上で前記レンズ面を越えて直線状に張り出す取扱部が形成されているマイクロレンズであって、支持基板に形成された溝に配置される光ファイバに光学的に結合されるように、前記溝に前記光ファイバの端面に対向させて配置され、前記レンズ面の前記縁部における他側には、前記光ファイバの外径に等しい外径を有する適合部が形成されていることを特徴とするマイクロレンズ。
【０００６】
本発明に係る前記取扱部は、前記レンズ面を越えて直線状に張り出すことから、この取扱部を挟持手段あるいは負圧吸引手段を用いて保持することにより、マイクロレンズの取扱に際して前記取扱部での保持が可能となることから、取扱に際してレンズ面に損傷を与えることなくあるいは該レンズ面を汚染することなく、従来に比較してマイクロレンズを容易に取り扱うことが可能となる。
【０００７】
前記取扱部は、その両端間の中間部分で前記縁部に一体化することができる。また、前記取扱部を片持ち梁状に形成することができる。
【０００８】
前記取扱部に、前記レンズ面の側方からの吸引手段による吸着保持を容易とするための平坦面を形成することが望ましい。
【０００９】
前記取扱部の前記平坦面を前記レンズ面と直角でありかつ前記取扱部の伸長方向に沿って伸びる上方平坦面で構成することができる。
【００１０】
前記取扱部は、前記光学基板の両面のいずれか一方の面を特定すべく前記レンズ面の光軸を含みかつ前記取扱部を横切る仮想平面に関して左右が非対称に形成することができる。また、前記光学基板の両面のうちのいずれか一方の面を特定するための目印を前記取扱部に設けることができる。
前記取扱部を非対称とし、あるいは取扱部に目印を付すことにより、前記光学基板のいずれか一方の面にレンズ面が形成されている場合、このレンズ面が何れの面であるかの判別が容易となり、また、前記光学基板の両面に互いに光学特性が異なるレンズ面が形成されている場合、その一方および他方の光学特性を示すそれぞれのレンズ面が何れであるかの判別が容易となる。
【００１１】
前記光学基板に、複数のレンズ面を整列して形成することができ、この場合、前記取扱部は前記レンズ面の整列方向に沿って伸長させることができる。
【００１２】
前記光学基板に、例えばシリコン結晶基板のような結晶基板を用いることができる。
前記レンズ面には、回折現象を利用した回折型光学素子を形成することができる。
【００１３】
前記支持基板と、該支持基板上の光ファイバおよび該光ファイバに光学的に結合されるマイクロレンズとで、光モジュールを構成することができ、前記支持基板上の前記溝に前記マイクロレンズの前記適合部を適応させることにより、前記溝に配置された光ファイバと前記溝に適合されたマイクロレンズとの光軸合わせを比較的容易かつ高精度で行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態について詳細に説明する。
〈具体例１〉
図１は、本発明に係るマイクロレンズを含む光モジュールを示す。
本発明に係る光モジュール１０は、例えばシリコン結晶基板のような支持基板１１と、該支持基板の表面１１ａに設けられる例えば半導体レーザのような光源１２と、該光源からの光を受けるべく前記支持基板１１の表面１１ａに形成された凹溝１３により一端が位置決められる光ファイバ１４と、該光ファイバと前記光源１２との間で相互に間隔をおいて配置される一対のマイクロレンズ１５ａおよび１５ｂとを備える。
【００１５】
光源１２の近傍に配置された一方のマイクロレンズ１５ａは、光源１２に対向する面に、該光源からの発散光を受けたとき、この発散光を平行光束に変換するコリメート機能を有する円形のレンズ面１６が光源１２に対向する面に形成された光学基板１７からなる。
また、この一方のマイクロレンズ１５ａと光ファイバ１４の端面１４ａとの間に配置される他方のマイクロレンズ１５ｂは、前記一方のマイクロレンズ１５ａを経る前記平行光束を光ファイバ１４の前記端面１４ａの中心部に集光させるための円形レンズ面１６が光ファイバの端面１４ａと対向する面に形成された光学基板１７からなる。
【００１６】
従って、両マイクロレンズ１５ａおよび１５ｂは、図示の例では、光学的に等価な光学特性を示すレンズ面１６が両光学部材１５ａ，１５ｂの互いに対向する面と反対側の外側面に形成されている。前記光ファイバ１４は、例えばシングルモード光ファイバで構成されているとき、約１２５μｍの外径を有し、各マイクロレンズ１５ａおよび１５ｂのレンズ面１６は、光ファイバ１４の外径よりも小さな値の直径で形成されている。
【００１７】
支持基板１１上の凹溝１３は、図示の例では、Ｖ字状の凹溝であり、該凹溝に光ファイバ１４がその周壁部を部分的に受け入れられることにより、光ファイバ１４が支持基板１１上に適正に支持される。また、前記光源１２は、その発光面の光軸が、前記凹溝１３により位置決められた光ファイバ１４の光軸に一致するように、半導体製造技術で用いられるフォトリソグラフィ技術を利用して形成される従来よく知られた電極１２′を介して、凹溝１３の終端部の近傍で表面１１ａ上に固定されている。
【００１８】
光源１２および光ファイバ１４間に配置された一対のマイクロレンズ１５ａおよび１５ｂは、前記したとおり、光学的に等価である。但し、用途に応じて、両者の焦点距離を相互に異ならせることができあるいは同一とすることができる。以下では、これらのマイクロレンズ１５ａ，１５ｂについてさらに説明する。
【００１９】
各マイクロレンズ１５ａ，１５ｂは、前記したとおり、円形のレンズ面１６が形成された光学基板１７からなる。この光学基板として、前記した光源１２からの光が例えば１．３μｍまたは１．５μｍのような波長の光であるとき、シリコン結晶基板のような結晶基板を用いることができる。
【００２０】
光学基板１７には、前記したとおり、その一方の面に、例えば光ファイバ１４の外径よりも小さな直径を有するレンズ面１６が形成されている。
このレンズ面１６の形成のために、半導体製造技術で用いられるフォトリソ・エッチング技術を用い、各マイクロレンズ１５ａ，１５ｂを回折型光学素子の一つであるＣＧＨ素子で形成することができる。
【００２１】
ＣＧＨ素子では、従来よく知られているように、所望の光学特性を示す光学素子の光路差関数から所望の光学特性を得るに必要なフォトマスクのパターンをコンピュータを用いて求め、そのマスクパターンを用いて光学基板の所望箇所にエッチング処理を施すことにより、所望の光学特性を示す回折型光学素子が形成される。
従って、前記したマスクパターンを用いた光学基板１７の所望箇所へのエッチング処理により、所望の回折光学特性を示すレンズ面１６を形成することができる。
【００２２】
レンズ面１６は、前記した回折型光学レンズ面に限らず、屈折型のレンズ面とすることができ、また、レンズ面１６は、前記したような円形に拘わらず、所望の平面形状で形成することができる。
【００２３】
図示の例では、この円形レンズ面１６の一側に、たとえば２５０〜３００μｍの長さ寸法Ｌを有する取扱部１８が一体的に形成されている。
取扱部１８は、その両端間の中間部でレンズ面１６の縁部における上半部を取り巻くように、該縁部に一体的に形成され、しかもレンズ面１６の光軸を通る仮想平面Ｐ（図２参照）すなわち垂直面に関して左右が対称となるように、横方向に直線的に伸長する。
また、取扱部１８は、例えば１００〜２００μｍの高さ寸法Ｈおよび例えば１００〜２００μｍの横方向寸法Ｗを有する全体に矩形横断面形状を有し、その上面に矩形の平坦面１８ａが規定されている。
【００２４】
また、図示の例では、レンズ面１６の縁部における他側には、該レンズ面の外縁に沿った弧状の縁部からなる適合部１９が一体的に形成されている。この弧状縁部すなわち適合部１９の外径は、光ファイバ１４のそれに等しく設定されている。
従って、各マイクロレンズ１５ａ，１５ｂは、そのレンズ面１６を所定の方向に向けて弧状の縁部１９を凹溝１３上に位置させることにより、該凹溝上に配置された光ファイバ１４の光軸に、その光軸を一致させることができる。
【００２５】
このとき、取扱部１８の弧状の縁部１９を除く平坦な下面１８ｂは、支持基板１１の平坦な表面１１ａ上に乗る。従って、この下面１８ｂで支持基板１１に固定することができる。
【００２６】
本発明に係る光モジュール１０では、前記各マイクロレンズ１５ａ，１５ｂの支持基板１１上への組み込みに際し、レンズ面１６から該レンズ面に沿って両横方向に張り出す取扱部１８を挟み込むための挟持手段あるいは取扱部１８を例えばその上方平坦面１８ａで吸引保持する負圧吸盤のような負圧保持手段を用いての取扱が可能となる。
この取扱部１８での取扱では、レンズ面１６がその取扱のための前記手段に接触することがないことから、この取扱によってレンズ面１６が前記した接触による油および塵芥等の付着による汚染を受けることはなく、また前記した接触による損傷を受けることがない。
【００２７】
従って、前記取扱部１８での取扱により、比較的容易に、各マイクロレンズ１５ａ，１５ｂを所定の姿勢で適正位置に配置することができることから、光モジュール１０の組み立て作業が迅速かつ容易となる。
【００２８】
〈具体例２および３〉
図２に示されているように、取扱部１８が、レンズ面１６の光軸を通る仮想平面Ｐ（図２参照）すなわち垂直面に関して左右対称に形成されているとき、光学基板１７の両面のうちの何れの面にレンズ面１６が形成されているかを明示する目印２０を取扱部１８に付すことができる。
【００２９】
図２に示す例では、目印２０が取扱部１８の平坦面１８ａの一側部に形成された凹溝からなる。この例では、目印２０が左手に位置するようにマイクロレンズ１５ａ，１５ｂを見たとき、その手前の面にレンズ面１６があることを容易に知ることができる。
【００３０】
また、光学基板１７のレンズ面１６が設けられた面と反対側の面にも、該レンズ面を形成することができるが、この場合にあっても、目印２０を基準に、各レンズ面を容易に識別することが可能となる。
【００３１】
そのため、前記取扱部１８を挟持あるいは該取扱部の平坦面１８ａを吸着保持してマイクロレンズ１５ａ，１５ｂを所定箇所に配置するとき、マイクロレンズ１５ａ，１５ｂのレンズ面１６の識別が容易となることから、光モジュール１０の組み立て作業が一層容易となる。
【００３２】
前記目印２０に代えて、図２に仮想線で示すとおり、取扱部１８のレンズ面１６の光軸を通る仮想平面Ｐ（図２参照）すなわち垂直面に関して左右のいずれか一方の一半に伸長部１８′を設けることにより、取扱部１８を左右非対称とすることができ、この取扱部１８の非対称性によって光学基板１７のレンズ面１６を容易に識別することができる。
【００３３】
さらに、前記したところでは、いずれも、取扱部１８がレンズ面１６上で該レンズ面を越えてその両横方向に大きく伸長する例を示したが、取扱部１８をレンズ面１６の一方の横方向にのみ伸長させることにより、これをいわゆる片持ち梁状に形成することができる。
【００３４】
〈具体例４〉
図３に示す例は、１つの取扱部１８に、該取扱部の伸長方向に相互に間隔をおいて複数のレンズ面１６を整列して形成したマイクロレンズ１５ｃを示す。各レンズ面１６の下縁には、前記した例におけると同様に、図示しないが光ファイバ１４を受ける支持基板１１上の凹溝１３に適合される適合部１９がそれぞれ形成されている。
この例においても、図２に沿って示したような目印２０を設けることができる。
【００３５】
前記したところでは、凹溝１３がＶ字溝の例を示したが、これに限らず凹溝１３に、光ファイバ１４の保持が可能な種々の断面形状を与えることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、前記したように、レンズ面の縁部における一側に該レンズ面に平行な面上で前記レンズ面を越えて直線状に張り出す取扱部を形成することにより、前記レンズ面を越えて直線状に張り出す前記取扱部での取扱操作が容易となる。また、この取扱部での取扱操作により、マイクロレンズのレンズ面に損傷を与えることなくかつ該レンズ面を汚染することなくマイクロレンズを取り扱うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロレンズ（具体例１）を含む光モジュールの斜視図である。
【図２】本発明に係るマイクロレンズの具体例２および３を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るマイクロレンズの具体例４を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０光モジュール
１１支持基板
１３凹溝
１４光ファイバ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃマイクロレンズ
１６レンズ面
１７光学基板
１８取扱部
１８ａ平坦面

Claims

レンズ面が形成された光学基板からなり、前記レンズ面の縁部における一側には、該レンズ面に平行な面上で前記レンズ面を越えて直線状に張り出す取扱部が形成されているマイクロレンズであって、
支持基板に形成された溝に配置される光ファイバに光学的に結合されるように、前記溝に前記光ファイバの端面に対向させて配置され、前記レンズ面の前記縁部における他側には、前記光ファイバの外径に等しい外径を有する適合部が形成されていることを特徴とするマイクロレンズ。
前記取扱部は、その両端間の中間部分で前記縁部に一体化されている請求項１記載のマイクロレンズ。
前記取扱部には、前記レンズ面の側方からの吸引手段による吸着保持を容易とするための平坦面が形成されている請求項１記載のマイクロレンズ。
前記取扱部の前記平坦面は、前記レンズ面と直角でありかつ前記取扱部の伸長方向に沿って伸びる上方平坦面である請求項３記載のマイクロレンズ。
前記レンズ面は前記光学基板の一方の面に形成され、前記取扱部は前記光学基板の両面のいずれか一方の面を特定すべく前記レンズ面の光軸を含みかつ前記取扱部を横切る仮想平面に関して非対称に形成されている請求項１記載のマイクロレンズ。
前記レンズ面は、前記光学基板の一方の面に形成され、前記取扱部には、前記光学基板の両面のうちのいずれか一方の面を特定するための目印が設けられていることを特徴とする請求項１記載のマイクロレンズ。
前記光学基板には、複数のレンズ面が整列して形成されており、前記取扱部は前記レンズ面の整列方向に沿って伸長する請求項１記載のマイクロレンズ。
前記光学基板は、結晶基板からなる請求項１記載のマイクロレンズ。
前記結晶基板は、シリコン結晶基板である請求項８記載のマイクロレンズ。
回折型光学素子である請求項１記載のマイクロレンズ。
支持基板に形成された溝に配置される光ファイバと、該光ファイバに光学的に結合されるように前記溝に前記光ファイバの端面に対向させて配置されるマイクロレンズとを含む光モジュールであって、前記マイクロレンズのレンズ面の縁部における一側には、該レンズ面に平行な面上で前記レンズ面を越えて直線状に張り出す取扱部が形成されており、また前記縁部における他側には、前記光ファイバの外径に等しい外径を有する適合部が形成されていることを特徴とする光モジュール。