JP4158576B2 - 光学部材成形用金型およびその製造方法，樹脂製光学部材，光モジュール - Google Patents
光学部材成形用金型およびその製造方法，樹脂製光学部材，光モジュール Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，通信機器またはコンピュータ用のデバイスとして使用されるのに好適な樹脂製光学部材，該樹脂製光学部材を備えた光モジュール，該樹脂製光学部材の成形に使用される光学部材成形用金型およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回折光学素子を用いたマイクロレンズや微小光学素子がＣＤ等の光ディスク再生装置や光通信用の光学部品として使用されている。このようなマイクロレンズの例としては，非特許文献１で示されるシリコン製マイクロレンズのように円筒形状や蒲鉾型の形状をしたものがあり，シリコン基板を用いてフォトリソグラフィとエッチングを行うことにより製造できる。これらのマイクロレンズや微小光学素子の大きさは１００μｍ〜数百μｍ角程度である。
【０００３】
通常，光学部品はシリコン等の実装基板上に配置されて使用される。実装基板には，エッチングあるいは切削加工により形成された断面がＶ字形のＶ溝や，半導体レーザ配置用のテラス，Ｖ溝より大きな光学部品配置用の溝等が設けられている。基板に配置される部品は，ボンダと呼ばれる部品配置装置を用いて基板上に配置され，接着剤や半田等で固定される。ボンダで配置される部品は数百μｍ〜数ｍｍ程度の大きさが一般的である。例えば，上記のようなシリコン製のマイクロレンズを用いた光モジュールの場合は，シリコン製の実装基板上に形成されたＶ溝にシリコン製マイクロレンズを配置し固定する。この場合の固定の方法としては，接着剤や半田等を用いる方法が一般的である。
【０００４】
【非特許文献１】
佐々木浩紀，外６名，「光パッケージ技術−光源とシリコンマイクロレンズの高精度実装技術」，エレクトロニクス実装学会誌，２００２年，ｖｏｌ．５，Ｎｏ．５，ｐ．４６６−４７１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，シリコン製マイクロレンズは材質がシリコンであることから，使用可能な光の波長帯域に制限があり，例えば可視光領域においての使用は不可能である。また，上記のようなマイクロレンズを実装基板に配置する際には，ボンダのような高価な部品配置装置が使用されており，配置後は接着剤等で固定する必要がある。そのため，設備費や手間がかかるという短所がある。またさらに，上記光学部品を備えた通信機器等において，使用される光の波長が８５０ｎｍ，あるいは更に短い波長帯域の場合，さらなる低価格化と量産性の向上が要望されている。
【０００６】
本発明の目的は，このような問題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，使用可能な光の波長帯域の選択肢を拡大でき，量産性の向上と共に低価格化が可能な新規かつ改良された樹脂製光学部材，光モジュールを提供することにある。また，本発明の別の目的は，上記樹脂製光学部材の作製にあたり，量産性の向上と共に低価格化を可能にする新規かつ改良された光学部材成形用金型およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，光学部材成形用金型が提供される。この光学部材成形用金型は，フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成されたレンズ部を有するレンズ素子と，溝を有する実装基板とを含み，レンズ素子が実装基板の溝に実装された金型作製用母型を用いて作製され，溝を形成するための溝形成部と，レンズ部を形成するためのレンズ形成部と，を備えたことを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば，この光学部材成形用金型はフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成されたレンズ部を有する金型作製用母型から形成されており，高精度に形成された形状を含む。また，１つの金型で，溝形成部とレンズ形成部とを備えているため，この金型を用いて成形された成形品は，溝とレンズとが一体化されたものとなり，従来行われていたレンズを溝に実装する作業や固定する作業が不要になる。
【０００９】
また，本発明の第２の観点によれば，上記記載の金型を用いて樹脂を材質として成形され，溝と，レンズ部と，を備えたことを特徴とする樹脂製光学部材が提供される。
【００１０】
かかる構成によれば，この樹脂製光学部材は樹脂を材質としているため，従来のシリコン製光学部品の場合は使用できなかった波長帯域の光が使用可能になる。また，上記金型を用いて成形された成型品である樹脂製光学部材は，高精度に形成された形状を有することができる。この樹脂製光学部材は一体化された部品実装用溝とレンズ部とを備えているため，従来行われていたレンズを溝に実装する作業や固定する作業が不要になる。さらに，この樹脂製光学部材は金型を用いて樹脂を材質として成形されているため，量産性に優れ，低価格化が可能である。
【００１１】
また，本発明の第３の観点によれば，光モジュールが提供される。この光モジュールは，上記記載の樹脂製光学部材と，光機能素子とを備えたことを特徴とする。あるいはこの光モジュールは，光学的に結合された上記記載の樹脂製光学部材を複数備えたことを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば，上記記載の樹脂製光学部材を用いて光モジュールを構成しているため，波長帯域の選択肢を拡大でき，量産性の向上と共に低価格化が可能な光モジュールが得られる。また，複数の樹脂製光学部材または複数種類の樹脂製光学部材を組み合わせることにより，多様な光モジュールを安価に容易に得られる。
【００１３】
また，本発明の第４の観点によれば，光学部材成形用金型の製造方法が提供される。この光学部材成形用金型の製造方法は，フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成されたレンズ部を含むレンズ素子を，実装基板上に形成された部品実装用の溝に実装して，金型作製用母型を作製する工程と，実装基板上に仕切り部材を設置して，金型作製用母型を複数の部分に区分する工程と，仕切り部材が設置された金型作製用母型にメッキ処理を施す工程と，仕切り部材を除去する工程と，金型作製用母型を除去して，レンズ部を形成するためのレンズ形成部と，溝を形成するための溝形成部とを含む金型を作製する工程と，を含むことを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば，高精度に形成されたレンズ部を含むレンズ素子を実装基板上に形成された部品実装用の溝に実装して，所望の光モジュールを作製し，この光モジュールを金型作製用母型にできる。また，仕切り部材を設置して光モジュールを所望の複数の部分に区分することにより，部分ごとの金型を作製することができる。さらに，１つの金型でレンズ形成部と溝形成部の両方を備える金型を作製することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお，以下の説明および添付図面において，略同一の機能および構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。
【００１６】
本発明の典型的な態様では，シリコン製の実装基板上の溝にシリコン製のレンズ素子を実装したものを母型とする。そして，この母型に金属メッキ処理を施して金型を作製し，この金型を用いて樹脂を材質として射出成形を行うことにより光学部材を作製する。以下，図面を参照しながら，金型および樹脂製光学部材の製造方法および構成について説明する。
【００１７】
図１は，本発明の第１の実施の形態にかかる金型および樹脂製光学部材の製造方法を示すフローチャートである。はじめに，レンズ素子１０を実装基板２０上のＶ溝２８ａに実装して，金型作製用母型となる光モジュール１００を作製する（ステップＳ１０１）。
【００１８】
図２に本発明の第１の実施の形態にかかる光モジュール１００の構成斜視図を示す。レンズ素子１０は光学基板からなり，その材質はシリコンである。レンズ素子１０は，光学基板の表面の片面に形成されたレンズ部２と，縁部３と，略直方体形状の取扱部４と，略蒲鉾形の張出部６とを有する。
【００１９】
レンズ部２はここでは円形形状をしており，ブレーズ型の回折光学素子からなる。レンズ部２は，半導体製造プロセスで用いられるフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成された部分である。以下では区別するために，レンズ素子１０において，レンズ部２が形成されている側の面をレンズ形成面と呼び，レンズ形成面の対向面をレンズ非形成面と呼ぶ。
【００２０】
レンズ部２の下部側にはレンズ部２の外周の一部としての縁部３が位置し，縁部３はレンズ部２の円周形状に沿った円弧形状を有する。この縁部３の円弧形状を呈する外形はレンズ部２の形成面側からその対向面側まで延びており，縁部３を含んで取扱部４から下方に張り出す略蒲鉾形状の張出部６を形成している。
【００２１】
取扱部４は，レンズ部２の外周の上部側でレンズ部２と接続し，レンズ部２の表面に略平行な面内でレンズ部２より広い幅を有し，左右方向に伸長した全体として略直方体形状を有する。取扱部４の上面および側面は平坦に形成されている。
【００２２】
レンズ素子１０は，半導体製造技術で用いられるフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて作製することができる。例えば，シリコン基板にフォトリソグラフィとエッチングを繰り返すことにより回折光学素子からなるレンズ部２を作製し，レンズ素子１０に対応する形状のパターンをフォトマスクパターンとして用いてＤｅｅｐ Ｅｔｃｈｉｎｇ等の手法を用いて任意の深さまで掘り下げることにより，レンズ素子１０を作製できる。
【００２３】
実装基板２０は，ここではシリコン結晶基板からなる。実装基板２０には，その表面から所定の深さまでに，凹溝２４と，凹溝２４と連通するＶ溝２８ａ，２８ｂとが形成されている。凹溝２４は，略長方形の断面形状を有し，実装基板２０の一端から他端まで延びており，その深さはＶ溝２８ａ，２８ｂの最深部より深い。凹溝２４は，後述の仕切り部材３０を配置するための溝である。
【００２４】
Ｖ溝２８ａ，２８ｂは，Ｖ字形の断面形状を有する部品実装用の溝であり，レンズ素子１０の張出部６を載置可能な寸法を有する。Ｖ溝２８ａ，２８ｂの伸長方向は凹溝２４の伸長方向に垂直であり，Ｖ溝２８ａ，２８ｂは同一線上に伸長している。Ｖ溝２８ａは実装基板２０の一端から凹溝２４まで，Ｖ溝２８ｂは凹溝２４から実装基板２０の途中までに形成されている。すなわち，実装基板２０の一端から途中までに形成された１本の溝が凹溝２４により分断されてＶ溝２８ａ，２８ｂになっていると考えることができる。
【００２５】
上記溝を有する実装基板２０の作製方法としては例えば，Ｖ溝２８ａ，２８ｂを構成する１本のＶ溝を異方性エッチングにより形成した後，ダイシング等により凹溝２４を形成してもよい。
【００２６】
光モジュール１００においては，実装基板２０のＶ溝２８ａ上にレンズ素子１０の張出部６が当接するよう載置する。このとき，図２に示すように，凹溝２４の２つの側面のうち，Ｖ溝２８ａ側の凹溝２４の側面と，レンズ素子１０のレンズ非形成面とが同一平面上に位置するように配置する。また，レンズ形成面がＶ溝２８ｂではなく，Ｖ溝２８ａ側を向くように配置する。レンズ素子１０を適正な位置に配置した後，レンズ素子１０を実装基板２０に接着剤で固定して光モジュール１００を作製する。
【００２７】
レンズ部２は光束を変換する機能を有し，Ｖ溝２８ａ，２８ｂは部品実装用の溝としての機能を有するものであり，光モジュール１００においてレンズ部２およびＶ溝２８ａ，２８ｂは主要構成部と言える。
【００２８】
次に，図３（ａ），図３（ｂ）に示すように，光モジュール１００に仕切り部材３０を設置して，前半部Ｆ１と後半部Ｒ１の２つの部分に区分する（ステップＳ１０２）。前半部Ｆ１はレンズ素子１０およびＶ溝２８ａを含む。後半部Ｒ１はＶ溝２８ｂを含むが，レンズ素子は含まない。図３（ａ）はこの状態での光モジュール１００の上面図であり，図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’断面における断面図である。
【００２９】
本実施の形態においては，仕切り部材３０は，板状の部材であり，その材質には例えばポリイミド板を用いることができる。仕切り部材３０の厚みは凹溝２４の幅とほぼ同じであり，仕切り部材３０はその下方が凹溝２４に差し込まれて設置される。仕切り部材３０は，厚み方向に垂直な２つの面である前面３２，後面３４を有し，前面３２はレンズ素子１０のレンズ非形成面と接触し，同一平面上にある。仕切り部材３０の実装基板２０の上面からの高さは，レンズ素子１０の高さより十分高い。仕切り部材３０における，凹溝２４の伸張方向に平行な方向の長さは，同方向の実装基板２０の幅より十分長い。
【００３０】
仕切り部材３０とレンズ素子１０は，それらの接触面の所定部分に塗布された接着剤１８により接着される。接着剤１８には例えばシリコーン系樹脂の接着剤を使用できる。なお，レンズ素子１０と実装基板２０の上面との間隙，すなわち，張出部６とＶ溝２８ａとの間隙（図３（ｂ）の斜線部），張出部６の両側に位置する取扱部４の下面と実装基板２０の上面との間隙に，接着剤１８が回り込み，塗布量によっては間隙を充填することもある。接着剤１８の回り込みはレンズ部２を通過する光束に影響を与えないものであれば問題ない。本実施の形態および以降の実施の形態では，接着剤１８によりこれらの間隙が充填された場合について説明を進める。
【００３１】
次に，仕切り部材３０が設置された図３（ａ），図３（ｂ）に示す状態の光モジュール１００の上面部Ｕ全体にメッキ処理を施す（ステップＳ１０３）。上面部Ｕとは図３（ｂ）に示す光モジュール１００において二点鎖線で示す境界線Ｂより上方の部分を意味する。境界線ＢはＶ溝２８ａ，２８ｂの最深部より下方であるようにする。このメッキ処理の方法としては，例えば，図３（ａ），図３（ｂ）に示す光モジュール１００を逆さまの状態として，その上面部Ｕの部分をクロム無電解メッキ液に浸漬して，クロム無電解メッキを行う。メッキ処理はここではクロム無電解メッキを用いたが，これに限定するものではない。例えば，その他の無電解メッキ（ニッケル無電解メッキなど），あるいは無電解メッキと電解メッキの併合なども可能である。
【００３２】
メッキ処理後，全体をワックス等で固め，不要部分を研磨して所望の形状に成形する（ステップＳ１０４）。ここでは，仕切り部材３０の側面および上面を研磨して，実装基板２０の幅より突出している部分を無くし，レンズ素子１０上辺より突出している部分の長さを短くした。成形は研磨以外の方法により行ってもよい。なお，この工程は，仕切り部材３０および光モジュール１００の形状に応じて行われ，場合によっては省略可能である。
【００３３】
次に，有機溶媒等で洗浄することにより接着剤１８を除去し，仕切り部材３０を除去する（ステップＳ１０５）。
【００３４】
次に，金型作製用母型である光モジュール１００を除去して金型を作製する（ステップＳ１０６）。ここでは，メッキ内部のシリコンを溶解するため，３０％水酸化カリウム溶液に浸ける。数時間で内部のシリコン製の光モジュール１００は溶解し，金型４０ａ，金型４０ｂの２つの光学部材成形用金型の作製が完了する。金型４０ａは前半部Ｆ１を母型とした金型であり，金型４０ｂは後半部Ｒ１を母型とした金型である。
【００３５】
図４は金型４０ａ，金型４０ｂの斜視図であり，図５は金型４０ａ，金型４０ｂの側面図である。なお，図４，図５では，厚みは無視して描いている。図４，図５に示すように，金型４０ａは，回折光学素子のレンズ部を形成するためのレンズ形成部４２，および溝を形成するための溝形成部であるＶ溝形成部４８ａを有する。レンズ形成部４２およびＶ溝形成部４８ａはそれぞれ，前半部Ｆ１におけるレンズ素子１０のレンズ部２および実装基板２０のＶ溝２８ａを写した形状を有する。また，金型４０ｂは，溝を形成するためのＶ溝形成部４８ｂを有し，Ｖ溝形成部４８ｂは後半部Ｒ１における実装基板２０のＶ溝２８ｂを写した形状を有する。
【００３６】
図５に示す金型４０ａの側面図において，稜線を表す水平方向の３つの線に上から順にＵＬ，ＶＬ，ＢＬの符号を付している。実線で表される線ＵＬは実装基板２０の上面に対応し，点線で表される線ＶＬは実装基板２０のＶ溝２８ａの最深部に対応し，実線で表される線ＢＬは図３（ｂ）で示す境界線Ｂに対応する。
【００３７】
次に，上記金型を用いた樹脂製光学部材の成形について説明する。一例として金型４０ａを用いて図６に示す樹脂製光学部材５０を成形する場合について説明する。上記の金型作製工程の後，金型４０ａおよびその他必要な金型を用いて金型を組み付ける（ステップＳ１０７）。その他必要な金型は，樹脂製光学部材５０に応じた形状を有する金型であり，底面部，側面部等を構成するための金型である。このような金型は当業者であれば容易に想到可能な単純で一般的な構成の金型であるため，ここではその詳細説明を省略する。なお，この金型組み付けの工程では，研磨等により余計な部分を除去して金型全体を整形することもありうる。
【００３８】
上記の組み付けられた金型を射出成形装置に入れ，樹脂を材質として通常の射出成形を行うことにより，樹脂製光学部材５０を作製することができる（ステップＳ１０８）。図６は樹脂製光学部材５０の斜視図である。樹脂には例えば一般的なＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いることができる。樹脂製光学部材５０はレンズ部５２および部品実装用のＶ溝５８を有する。レンズ部５２，Ｖ溝５８はそれぞれ，金型４０ａのレンズ形成部４２，Ｖ溝形成部４８ａにより形成された部分であり，前半部Ｆ１におけるレンズ素子１０のレンズ部２，実装基板２０のＶ溝２８ａと同形状，同寸法を有する。
【００３９】
また，金型４０ａおよび金型４０ｂを用いて，図７に示す樹脂製光学部材６０を作製することも可能である。この場合は，ステップＳ１０７の金型組み付け工程において，金型４０ａ，金型４０ｂおよびその他必要な金型を用いて金型を組み付ける（ステップＳ１０７）。この場合のその他必要な金型は，樹脂製光学部材６０に応じた形状を有する金型であり，底面部，仕切り部材３０が配置されていた部分等を構成するための金型である。このような金型は当業者であれば容易に想到可能な単純で一般的な構成の金型であるため，ここではその詳細説明を省略する。なお，この金型組み付けの工程では，研磨等により余計な部分を除去して金型全体を整形することもありうる。
【００４０】
樹脂製光学部材５０の場合と同様に，上記の組み付けられた金型を射出成形装置に入れ，樹脂を材質として通常の射出成形を行うことにより，樹脂製光学部材６０を作製することができる。図７に樹脂製光学部材６０の斜視図を示す。樹脂には例えば一般的なＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いることができる。
【００４１】
樹脂製光学部材６０は，レンズ部６２および部品実装用のＶ溝６８ａ，６８ｂを有する。レンズ部６２，Ｖ溝６８ａ，６８ｂはそれぞれ，金型４０ａのレンズ形成部４２，Ｖ溝形成部４８ａ，金型４０ｂのＶ溝形成部４８ｂにより形成された部分であり，レンズ素子１０のレンズ部２，実装基板２０のＶ溝２８ａ，２８ｂと同形状，同寸法を有する。すなわち，樹脂製光学部材６０は，光モジュール１００の主要構成部であるレンズ部２，Ｖ溝２８ａ，２８ｂと同様のレンズ部６２，Ｖ溝６８ａ，６８ｂを有する。なおここでは，Ｖ溝６８ａとＶ溝６８ｂの間の長さおよび形状は，仕切り部材３０を模したものとしたが，これに限定するものではなく，別の態様のものでもよい。
【００４２】
なお，上記のレンズ部５２，６２はここでは波長８５０ｎｍのレーザ光に対して使用可能な構成としている。したがって，レンズ部５２，６２を形成するための金型の母型となるレンズ素子１０のレンズ部２の回折光学素子は，材質をＰＭＭＡとし，使用波長を８５０ｎｍとした場合に最適化設計されていることは言うまでもない。
【００４３】
上記のように作製されたレンズ部５２，６２の回折効率は８０％以上の値を示しており，実用上十分なレンズ特性を有することが確認された。
【００４４】
本実施の形態によれば以下のような効果が得られる。本実施の形態の樹脂製光学部材は，ＰＭＭＡを材質にしているため，シリコンを材質にした場合には使用できなかった波長帯域の光が使用可能となる。本実施の形態の光学部材成形用金型は一体化されたＶ溝形成部とレンズ形成部とを有しており，この金型を用いて成形された樹脂製光学部材もまた，１つの樹脂製光学部材で一体化された部品実装用溝とレンズ部と実装基板に相当するものを有している。よって，従来行われていたボンダのような高価な部品配置装置を用いてレンズを溝に実装する作業や固定する作業が不要になる。さらに，この樹脂製光学部材は金型を用いて樹脂を材質として成形されているため，量産性に優れ，低価格化が可能である。
【００４５】
図８は本発明の第２の実施の形態にかかる光モジュール２００の構成を示す斜視図である。本実施の形態では，光モジュール２００を金型作製用母型として金型および樹脂製光学部材を作製する。図２に示す第１の実施の形態における光モジュール１００の有するレンズ素子が１つであったのに対し，光モジュール２００は２つのレンズ素子を有する。以下，この点に注目して説明し，第１の実施の形態と同様の構成については，重複説明を省略する。
【００４６】
光モジュール２００は，実装基板２２０と，２つのレンズ素子２１０ａ，２１０ｂとからなる。レンズ素子２１０ａ，２１０ｂは，それぞれブレーズ型回折光学素子からなるレンズ部２１２ａ，２１２ｂを有し，これらの光学性能は第１の実施の形態におけるレンズ素子１０のレンズ部２と異なる。その他の点では，レンズ素子２１０ａ，２１０ｂは，第１の実施の形態におけるレンズ素子１０と同様の外形形状，構成を有し，シリコンからなる。レンズ素子２１０ａ，２１０ｂにおいてレンズ部２１２ａ，２１２ｂが形成されている側の面をレンズ形成面と呼び，レンズ形成面の対向面をレンズ非形成面と呼ぶことにする。
【００４７】
実装基板２２０は，シリコン結晶基板からなる。第１の実施の形態における実装基板２０と同様に，実装基板２２０には，その表面から所定の深さまでに，断面形状が略長方形の凹溝２２４と，断面形状がＶ字形のＶ溝２２８ａ，２２８ｂとが形成されている。ただし，本実施の形態における凹溝２２４は，第１の実施の形態における凹溝２４に比べ，実装基板２２０の長軸方向における幅が長くなっている。また，凹溝２２４の深さは凹溝２４の深さと必ずしも同一ではない。
【００４８】
Ｖ溝２２８ａ，２２８ｂに関しては，第１の実施の形態におけるＶ溝２８ａ，２８ｂとそれぞれ同様であり，Ｖ溝２２８ａは実装基板２２０の一端から凹溝２２４まで，Ｖ溝２２８ｂは凹溝２２４から実装基板２２０の途中までに，同一直線上に形成されている。また，Ｖ溝２２８ａ，２２８ｂは共に，レンズ素子２１０ａ，２１０ｂの張出部を載置可能な寸法を有し，部品実装用の溝としての機能を有する。
【００４９】
光モジュール２００においては，第１の実施の形態における光モジュール１００と同様に，実装基板２２０のＶ溝２２８ａ，２２８ｂ上にレンズ素子２１０ａ，２１０ｂのそれぞれの張出部が当接するよう載置され，接着剤で固定されて実装されている。レンズ素子２１０ａ，２１０ｂは共にレンズ非形成面が対向するように配置されている。また，凹溝２２４のＶ溝２２８ａ側の側面とレンズ素子２１０ａのレンズ非形成面とが同一平面上に位置し，凹溝２２４のＶ溝２２８ｂ側の側面とレンズ素子２１０ｂのレンズ非形成面とが同一平面上に位置するように配置されている。光モジュール２００においても，レンズ部２１２ａ，２１２ｂおよびＶ溝２２８ａ，２２８ｂは主要構成部と言える。
【００５０】
第１の実施の形態の場合と同様に，凹溝２２４内に仕切り部材２３０の下方が配置されるように，光モジュール２００に仕切り部材２３０を設置する。図９はこの状態での光モジュール２００の上面図である。本実施の形態においては，仕切り部材２３０は，直方体状の部材であり，その材質には例えばポリイミド板を用いることができる。仕切り部材２３０は，Ｖ溝２２８ａ，２２８ｂの伸長方向に垂直な２つの面を有し，これらの２つの面はそれぞれレンズ素子２１０ａ，２１０ｂのレンズ非形成面と接触し，同一平面上にある。仕切り部材２３０の実装基板２２０の上面からの高さは，レンズ素子２１０ａ，２１０ｂの高さより十分高い。仕切り部材２３０において，Ｖ溝２２８の伸張方向に垂直な方向の長さは，同方向の実装基板２２０の幅より十分長い。
【００５１】
仕切り部材２３０とレンズ素子２１０ａ，２１０ｂは，それらの接触面の所定部分に塗布された接着剤により接着される。接着剤には例えばシリコーン系樹脂の接着剤を使用できる。図９に示すように，仕切り部材２３０を設置することにより，レンズ素子２１０ａを含む側の前半部Ｆ２と，レンズ素子２１０ｂを含む側の後半部Ｒ２とに区分される。
【００５２】
次に，第１の実施の形態と同様に，仕切り部材２３０が設置された図９に示す状態の光モジュール２００の上面部全体にメッキ処理を施す。上面部の定義，好ましい範囲は第１の実施の形態の上面部Ｕと同様である。メッキ処理はここではクロム無電解メッキを用いたが，これに限定するものではない。例えば，その他の無電解メッキ（ニッケル無電解メッキなど），あるいは無電解メッキと電解メッキの併合なども可能である。メッキ処理後，全体をワックス等で固め，不要部分を研磨して所望の形状に成形する。
【００５３】
次に，第１の実施の形態と同様に，有機溶媒等で洗浄することにより接着剤を除去し，仕切り部材２３０を除去する。そして，３０％水酸化カリウム溶液に浸けることにより，シリコン製の金型作製用母型である光モジュール２００を溶解させて，除去する。これにより，前半部Ｆ２を母型とした金型２４０ａと，後半部Ｒ２を母型とした金型２４０ｂの２つの光学部材成形用の金型の作製が完了する。
【００５４】
図１０は金型２４０ａ，金型２４０ｂの斜視図である。なお，図１０では，厚みは無視して描いている。図１０に示すように，金型２４０ａは，回折光学素子のレンズ部を形成するためのレンズ形成部２４２ａ，および溝を形成するための溝形成部であるＶ溝形成部２４８ａを有する。レンズ形成部２４２ａおよびＶ溝形成部２４８ａはそれぞれ，前半部Ｆ２におけるレンズ素子２１０ａのレンズ部２１２ａおよび実装基板２２０のＶ溝２２８ａを写した形状を有する。
【００５５】
また，金型２４０ｂは，回折光学素子のレンズ部を形成するためのレンズ形成部２４２ｂ，および溝を形成するための溝形成部であるＶ溝形成部２４８ｂを有する。レンズ形成部２４２ｂおよびＶ溝形成部２４８ｂはそれぞれ，後半部Ｒ２におけるレンズ素子２１０ｂのレンズ部２１２ｂおよび実装基板２２０のＶ溝２２８ｂを写した形状を有する。
【００５６】
その後，第１の実施の形態と同様に，金型２４０ａ，金型２４０ｂおよびその他に必要な金型を用いて組み付けを行う。例えば，図１１に示す凹溝２６４を有する樹脂製光学部材２６０を形成する場合を考える。この場合のその他必要な金型は，底面部，凹溝２６４等を構成するための金型であるが，このような金型は当業者であれば容易に想到可能な単純で一般的な構成の金型であるため，ここではその詳細説明を省略する。
【００５７】
組み付けられた金型を射出成形装置に入れ，樹脂を材質として通常の射出成形を行い，１つの樹脂製光学部材２６０を作製することができる。樹脂には例えばＰＭＭＡを用いることができる。図１１に，樹脂製光学部材２６０に半導体レーザ９０と光ファイバ９２を搭載して構成した光モジュール２６９の斜視図を示す。
【００５８】
樹脂製光学部材２６０は，レンズ部２６２ａ，２６２ｂおよび部品実装用のＶ溝２６８ａ，２６８ｂを有する。レンズ部２６２ａ，Ｖ溝２６８ａはそれぞれ，金型２４０ａのレンズ形成部２４２ａ，Ｖ溝形成部２４８ａにより形成された部分である。レンズ部２６２ｂ，Ｖ溝２６８ｂはそれぞれ，金型２４０ｂのレンズ形成部２４２ｂ，Ｖ溝形成部２４８ｂにより形成された部分である。レンズ部２６２ａ，２６２ｂ，Ｖ溝２６８ａ，２６８ｂはそれぞれ，レンズ部２１２ａ，２１２ｂ，Ｖ溝２２８ａ，２２８ｂと同形状，同寸法を有する。すなわち，樹脂製光学部材２６０は，光モジュール２００の主要構成部であるレンズ部２１２ａ，２１２ｂ，Ｖ溝２２８ａ，２２８ｂと同様のレンズ部２６２ａ，２６２ｂ，Ｖ溝２６８ａ，２６８ｂを有する。
【００５９】
また，樹脂製光学部材２６０は，Ｖ溝２６８ａとＶ溝２６８ｂの間に，光モジュール２００の凹溝２２４とほぼ同様の断面形状が略長方形の凹溝２６４を有する。なお，Ｖ溝２６８ａとＶ溝２６８ｂの間の形状はこれに限定するものではなく，他の断面形状の溝でもよく，あるいは，溝でなくてもよい。
【００６０】
レンズ部２６２ａ，２６２ｂはここでは，一例として波長８５０ｎｍのレーザ光に対して使用可能な構成としている。したがって，レンズ部２６２ａ，２６２ｂを形成するための金型の母型となるレンズ部２１２ａ，２１２ｂの回折光学素子は，材質をＰＭＭＡとし，使用波長を８５０ｎｍとした場合に最適化設計されていることは言うまでもない。
【００６１】
上記のように作製されたレンズ部２６２ａ，２６２ｂの回折効率は８０％以上の値を示しており，実用上十分なレンズ特性を有することが確認された。
【００６２】
図１１に示す光モジュール２６９において，半導体レーザ９０，レンズ部２６２ａ，２６２ｂ，光ファイバ９２が同一光軸を共有するように，樹脂製光学部材２６０の表面上の所定位置に半導体レーザ９０が配置され，Ｖ溝２６８ａに光ファイバ９２の一端が配置されている。半導体レーザ９０を出射した光はレンズ部２６２ｂでコリメートされた後，レンズ部２６２ａで集光され，光ファイバ９２に入射する。上記構成での半導体レーザ９０と光ファイバ９２間の結合損失は約３．０ｄＢであった。
【００６３】
以上より，本実施の形態によれば，第１の実施の形態と同様に，以下のような効果が得られる。本実施の形態の樹脂製光学部材は，ＰＭＭＡを材質にしているため，シリコンを材質にした場合には使用できなかった波長帯域の光が使用可能となる。本実施の形態の光学部材成形用金型は一体化されたＶ溝形成部とレンズ形成部とを有しており，この金型を用いて成形された樹脂製光学部材もまた，１つの樹脂製光学部材で一体化された部品実装用溝とレンズ部と実装基板に相当するものを有している。よって，従来行われていたボンダのような高価な部品配置装置を用いてレンズを溝に実装する作業や固定する作業が不要になる。さらに，この樹脂製光学部材は金型を用いて樹脂を材質として成形されているため，量産性に優れ，低価格化が可能である。
【００６４】
なお，第２の実施の形態において，レンズ部の焦点距離を変更したい場合は，例えば２つの金型２４０，２６０を作製した後に，一方を焦点距離の異なる別の金型と交換して，他方の金型とあわせて用いて射出成形すればよい。このようにして，異なる光学性能を有する樹脂製光学部材を容易に作製することができる。
【００６５】
図１２は，変形例としての光モジュール２７９の斜視図を示す。光モジュール２７９は，樹脂製光学部材２７０と光機能素子としての光アイソレータ９４からなる。樹脂製光学部材２７０は，第１の実施の形態の金型４０ａと，第２の実施の形態の金型２４０ｂとを用いて作製されたものである。用いる金型が違うだけであり，その他の点では前述の樹脂製光学部材２６０と同様であるため，その作製方法については，ここでは重複説明を省略する。
【００６６】
樹脂製光学部材２７０は，金型４０ａにより成形されたレンズ部２７２ａおよび部品実装用のＶ溝２７８ａと，金型２４０ｂにより成形されたレンズ部２７２ｂおよび部品実装用のＶ溝２７８ｂとを有する。また，Ｖ溝２７８ａとＶ溝２７８ｂの間には断面形状が略長方形の凹溝２７４を有する。凹溝２７４は，樹脂製光学部材２６０の凹溝２６４と同様であるが，深さのみ異なる。凹溝２７４上には光路に位置するように光アイソレータ９４が挿入配置され接着剤で固定されている。なお，光機能素子として光アイソレータの代わりに例えば偏向子，波長板，フィルタ等を使用することも可能である。
【００６７】
上記のように作製されたレンズ部２７２ａ，２７２ｂの回折効率は８０％以上の値を示しており，実用上十分なレンズ特性を有することが確認された。
【００６８】
また，図１１に示す光モジュール２６９の場合と同様に，本実施の形態の光モジュール２７９に半導体レーザ９０，レンズ部２７２ａ，２７２ｂ，光ファイバ９２が同一光軸を共有するように，樹脂製光学部材２７０の表面上の所定位置に半導体レーザ９０を配置し，Ｖ溝２７８ａに光ファイバ９２の一端を配置して，半導体レーザ９０と光ファイバ９２間の結合損失を測定したところ約３．２ｄＢであった。
【００６９】
本変形例のように，レンズ部の光学性能が異なる複数種類の金型を用意しておき，組み付ける金型の組み合わせを変えて射出成形を行えば，部分的に性能が異なる樹脂製光学部材を容易に作製することができる。例えば，複数のレンズ部を有する光モジュールに対し，１つのレンズ部の焦点距離のみ異なる光モジュールを得たい場合に有効である。
【００７０】
また，本変形例では光機能素子を備えた光モジュールを構成しており，これによって多様な光モジュールを構成できる。また，備える光機能素子に応じて，光機能素子が配置される凹溝の形状や寸法を変えたい場合，実装基板とレンズ素子からなる光モジュールでは，異なる凹溝が形成された実装基板を用意した後，再びレンズ素子を実装するという手間が必要であった。これに対し，本変形例では，凹溝を形成する部分の金型のみ変更して射出成形するだけで，容易に所望の樹脂製光学部材を得ることができる。
【００７１】
次に，上記方法により作製される樹脂製光学部材を組み合わせて構成された光モジュールについて説明する。図１３は，本発明の第３の実施の形態にかかる光モジュール３００の上面図である。光モジュール３００は，３つの樹脂製光学部材５０，３５０，３６０と，半導体レーザ９０と，光ファイバ９２と，ビームスプリッタ９６と，フォトダイオード９８と，実装基板３２０とから主に構成される。
【００７２】
樹脂製光学部材５０は，図６に示す第１の実施の形態の樹脂製光学部材であり，レンズ部５２とＶ溝５８を有する。樹脂製光学部材３５０，３６０は第２の実施の形態の金型２４０ｂと，側面部および底面部を構成する金型とを用いて，ＰＭＭＡを材質にして形成された部材であり，互いに同一形状，同一構成である。樹脂製光学部材３５０はレンズ部３５２と部品実装用のＶ溝３５８を有し，樹脂製光学部材３６０はレンズ部３６２と部品実装用のＶ溝３６８を有する。
【００７３】
光モジュール３００では図１３に示すように，樹脂製光学部材５０のＶ溝５８には光ファイバ９２の一端が配置され，樹脂製光学部材３５０の表面上の所定位置には半導体レーザ９０が配置され，樹脂製光学部材３６０の表面上の所定位置にはフォトダイオード９８が配置されている。
【００７４】
また，樹脂製光学部材５０と樹脂製光学部材３５０とが所定距離をもって同一光軸を共有するように配置されている。樹脂製光学部材５０と樹脂製光学部材３５０の間には，樹脂製光学部材５０から樹脂製光学部材３５０へ進行する光束を分波可能なように，ビームスプリッタ９６が配置されている。分波された光束の光軸と樹脂製光学部材３６０の光軸とが同一になるように，樹脂製光学部材３６０が樹脂製光学部材５０，樹脂製光学部材３５０の側方に配置されている。
【００７５】
全体としてビームスプリッタ９６を中心にして３つの樹脂製光学部材５０，３５０，３６０がコの字形を形成するような配置となっている。実装基板３２０上には上記構成の３つの樹脂製光学部材５０，３５０，３６０と，ビームスプリッタ９６が配置され，それぞれは実装基板３２０に接着剤で固定されている。
【００７６】
上記のように，３つの樹脂製光学部材５０，３５０，３６０はビームスプリッタ９６を介して互いに光学的に結合されている。半導体レーザ９０から出射した光は，樹脂製光学部材３５０のレンズ部３５２によりコリメートされた後，ビームスプリッタ９６内を直進し，樹脂製光学部材５０のレンズ部５２により集光されて光ファイバ９２に入射する。また，逆に光ファイバ９２からレンズ部５２に向けて出射された光は，レンズ部５２によりコリメートされた後，ビームスプリッタ９６でその光学特性に応じて光路を直角に折り曲げられて樹脂製光学部材３６０方向に向かい，レンズ部３６２により集光されてフォトダイオード９８に入射する。このように，光モジュール３００はトランシーバ構成となっており，通信用の光学系として好適である。
【００７７】
上記のように作製されたレンズ部３５２，３６２の回折効率は８０％以上の値を示しており，実用上十分なレンズ特性を有することが確認された。また，図１３に示す構成において，半導体レーザ９０と光ファイバ９２間の結合損失は約３．２ｄＢであった。
【００７８】
以上より，本実施の形態によれば，以下のような効果が得られる。本実施の形態の樹脂製光学部材は，ＰＭＭＡを材質にしているため，シリコンを材質にした場合には使用できなかった波長帯域の光が使用可能となる。また，本実施の形態の樹脂製光学部材もまた，１つの樹脂製光学部材で一体化された部品実装用溝とレンズ部と実装基板に相当するものを有している。よって，従来行われていたボンダのような高価な部品配置装置を用いてレンズを溝に実装する作業や固定する作業が不要になる。さらに，この樹脂製光学部材は金型を用いて樹脂を材質として成形されているため，量産性に優れ，低価格化が可能である。
【００７９】
さらにまた，本実施の形態では，複数の樹脂製光学部材を組み合わせて光モジュールを構成している。組み合わせる樹脂製光学部材の数や構成は上記例に限定されず，様々なものが考えられる。複数の樹脂製光学部材または複数種類の樹脂製光学部材を組み合わせることにより，多様な光モジュールを安価に容易に得られる。例えば，半導体レーザ９０が配置された樹脂製光学部材３５０と，フォトダイオード９８が配置された樹脂製光学部材３６０を用いてピックアップ用光学系を構成することも考えられる。
【００８０】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８１】
例えば上記実施の形態では，樹脂製光学部材の材質としてＰＭＭＡを用いたが，これに限定するものではなく，ポリオレフィンでもよく，あるいは射出成形が可能な高分子材料であれば使用可能である。材質は使用波長や用途に応じて選択することが好ましい。例えば，重水素化ＰＭＭＡを用いれば１．３μｍ帯の波長で使用可能であり，ポリオレフィンを用いれば３００ｎｍ〜１μｍの波長帯域で使用可能である。
【００８２】
上記実施の形態では，レンズ部としてブレーズ型回折光学素子を用いたが，これに限定するものではなく，バイナリ型回折光学素子や屈折型のレンズなど，基板に作製可能な光学素子であれば適用可能である。レンズ部は，円形に限らず所望の形状で形成可能である。母型とするレンズ素子の形状は，上記例に限定されず，実装用の溝に載置可能であれば円筒形状や蒲鉾型の形状でもよい。レンズ素子や光ファイバを実装するための溝は断面がＶ字形の溝としたが，これに限定するものではなく，略長方形，略台形等の別の形状も採用可能である。また，凹溝や仕切り部材の形状も上記例に限定されない。
【００８３】
また，金型の母型の光モジュールはシリコンからなるレンズ素子や実装基板を用いたが，これに限定するものではなく，ＧａＡｓ，Ｉｎｐ，ＧａＰ，ＳｉＣ，Ｇｅ等を材料とする基板等の他の材質も考えられる。上記実施の形態では，金型作製時のメッキとしてクロムメッキを用いたが，これに限定するものではなく，ニッケルリン，ニッケル，ニッケル系合金によるメッキも採用可能である。
【００８４】
なお上記実施の形態において，レンズ部の表面に反射防止膜を成膜して結合効率を向上させるようにしてもよい。反射防止膜としては例えば，ＴｉＯ２，ＡｌＮ，ＳｉＮ等が考えられる。
【００８５】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，使用可能な光の波長帯域の選択肢を拡大でき，量産性の向上と共に低価格化が可能な樹脂製光学部材および光モジュールを提供することができる。また，このような樹脂製光学部材を作製する際に使用される量産性の向上と共に低価格化を可能にする光学部材成形用金型およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態にかかる金型および樹脂製光学部材の製造方法を示すフローチャートでである。
【図２】 本発明の第１の実施の形態にかかる金型作製用母型となる光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図３】 図２の光モジュールに仕切り部材を設置した状態を示す図であり，図３（ａ）は上面図，図３（ｂ）は図３（ａ）の位置Ａ−Ａ’における断面図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態にかかる金型の構成を示す斜視図である。
【図５】 本発明の第１の実施の形態にかかる金型の構成を示す側面図である。
【図６】 本発明の第１の実施の形態にかかる樹脂製光学部材の構成を示す斜視図である。
【図７】 本発明の第１の実施の形態にかかる樹脂製光学部材の構成を示す斜視図である。
【図８】 本発明の第２の実施の形態にかかる金型作製用母型となる光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図９】 図８の光モジュールに仕切り部材を設置した状態を示す上面図である。
【図１０】 本発明の第２の実施の形態にかかる金型の構成を示す斜視図である。
【図１１】 本発明の第２の実施の形態にかかる光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図１２】 本発明の第２の実施の形態の変形例にかかる光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図１３】 本発明の第３の実施の形態にかかる光モジュールの構成を示す上面図である。
【符号の説明】
２，５２，６２ レンズ部
１０ レンズ素子
１８ 接着剤
２０ 実装基板
２４ 凹溝
２８ａ，２８ｂ，５８，６８ａ，６８ｂ Ｖ溝
３０ 仕切り部材
３２ 前面
３４ 後面
４０ａ，４０ｂ 金型
４２ レンズ形成部
４８ａ，４８ｂ Ｖ溝形成部
５０，６０ 樹脂製光学部材
９０ 半導体レーザ
９２ 光ファイバ
９４ 光アイソレータ
９６ ビームスプリッタ
９８ フォトダイオード
１００ 光モジュール
Ｂ 境界線
Ｆ１ 前半部
Ｒ１ 後半部
Ｕ 上面部
【発明の属する技術分野】
本発明は，通信機器またはコンピュータ用のデバイスとして使用されるのに好適な樹脂製光学部材，該樹脂製光学部材を備えた光モジュール，該樹脂製光学部材の成形に使用される光学部材成形用金型およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回折光学素子を用いたマイクロレンズや微小光学素子がＣＤ等の光ディスク再生装置や光通信用の光学部品として使用されている。このようなマイクロレンズの例としては，非特許文献１で示されるシリコン製マイクロレンズのように円筒形状や蒲鉾型の形状をしたものがあり，シリコン基板を用いてフォトリソグラフィとエッチングを行うことにより製造できる。これらのマイクロレンズや微小光学素子の大きさは１００μｍ〜数百μｍ角程度である。
【０００３】
通常，光学部品はシリコン等の実装基板上に配置されて使用される。実装基板には，エッチングあるいは切削加工により形成された断面がＶ字形のＶ溝や，半導体レーザ配置用のテラス，Ｖ溝より大きな光学部品配置用の溝等が設けられている。基板に配置される部品は，ボンダと呼ばれる部品配置装置を用いて基板上に配置され，接着剤や半田等で固定される。ボンダで配置される部品は数百μｍ〜数ｍｍ程度の大きさが一般的である。例えば，上記のようなシリコン製のマイクロレンズを用いた光モジュールの場合は，シリコン製の実装基板上に形成されたＶ溝にシリコン製マイクロレンズを配置し固定する。この場合の固定の方法としては，接着剤や半田等を用いる方法が一般的である。
【０００４】
【非特許文献１】
佐々木浩紀，外６名，「光パッケージ技術−光源とシリコンマイクロレンズの高精度実装技術」，エレクトロニクス実装学会誌，２００２年，ｖｏｌ．５，Ｎｏ．５，ｐ．４６６−４７１
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，シリコン製マイクロレンズは材質がシリコンであることから，使用可能な光の波長帯域に制限があり，例えば可視光領域においての使用は不可能である。また，上記のようなマイクロレンズを実装基板に配置する際には，ボンダのような高価な部品配置装置が使用されており，配置後は接着剤等で固定する必要がある。そのため，設備費や手間がかかるという短所がある。またさらに，上記光学部品を備えた通信機器等において，使用される光の波長が８５０ｎｍ，あるいは更に短い波長帯域の場合，さらなる低価格化と量産性の向上が要望されている。
【０００６】
本発明の目的は，このような問題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，使用可能な光の波長帯域の選択肢を拡大でき，量産性の向上と共に低価格化が可能な新規かつ改良された樹脂製光学部材，光モジュールを提供することにある。また，本発明の別の目的は，上記樹脂製光学部材の作製にあたり，量産性の向上と共に低価格化を可能にする新規かつ改良された光学部材成形用金型およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，光学部材成形用金型が提供される。この光学部材成形用金型は，フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成されたレンズ部を有するレンズ素子と，溝を有する実装基板とを含み，レンズ素子が実装基板の溝に実装された金型作製用母型を用いて作製され，溝を形成するための溝形成部と，レンズ部を形成するためのレンズ形成部と，を備えたことを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば，この光学部材成形用金型はフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成されたレンズ部を有する金型作製用母型から形成されており，高精度に形成された形状を含む。また，１つの金型で，溝形成部とレンズ形成部とを備えているため，この金型を用いて成形された成形品は，溝とレンズとが一体化されたものとなり，従来行われていたレンズを溝に実装する作業や固定する作業が不要になる。
【０００９】
また，本発明の第２の観点によれば，上記記載の金型を用いて樹脂を材質として成形され，溝と，レンズ部と，を備えたことを特徴とする樹脂製光学部材が提供される。
【００１０】
かかる構成によれば，この樹脂製光学部材は樹脂を材質としているため，従来のシリコン製光学部品の場合は使用できなかった波長帯域の光が使用可能になる。また，上記金型を用いて成形された成型品である樹脂製光学部材は，高精度に形成された形状を有することができる。この樹脂製光学部材は一体化された部品実装用溝とレンズ部とを備えているため，従来行われていたレンズを溝に実装する作業や固定する作業が不要になる。さらに，この樹脂製光学部材は金型を用いて樹脂を材質として成形されているため，量産性に優れ，低価格化が可能である。
【００１１】
また，本発明の第３の観点によれば，光モジュールが提供される。この光モジュールは，上記記載の樹脂製光学部材と，光機能素子とを備えたことを特徴とする。あるいはこの光モジュールは，光学的に結合された上記記載の樹脂製光学部材を複数備えたことを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば，上記記載の樹脂製光学部材を用いて光モジュールを構成しているため，波長帯域の選択肢を拡大でき，量産性の向上と共に低価格化が可能な光モジュールが得られる。また，複数の樹脂製光学部材または複数種類の樹脂製光学部材を組み合わせることにより，多様な光モジュールを安価に容易に得られる。
【００１３】
また，本発明の第４の観点によれば，光学部材成形用金型の製造方法が提供される。この光学部材成形用金型の製造方法は，フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成されたレンズ部を含むレンズ素子を，実装基板上に形成された部品実装用の溝に実装して，金型作製用母型を作製する工程と，実装基板上に仕切り部材を設置して，金型作製用母型を複数の部分に区分する工程と，仕切り部材が設置された金型作製用母型にメッキ処理を施す工程と，仕切り部材を除去する工程と，金型作製用母型を除去して，レンズ部を形成するためのレンズ形成部と，溝を形成するための溝形成部とを含む金型を作製する工程と，を含むことを特徴とする。
【００１４】
かかる構成によれば，高精度に形成されたレンズ部を含むレンズ素子を実装基板上に形成された部品実装用の溝に実装して，所望の光モジュールを作製し，この光モジュールを金型作製用母型にできる。また，仕切り部材を設置して光モジュールを所望の複数の部分に区分することにより，部分ごとの金型を作製することができる。さらに，１つの金型でレンズ形成部と溝形成部の両方を備える金型を作製することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお，以下の説明および添付図面において，略同一の機能および構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。
【００１６】
本発明の典型的な態様では，シリコン製の実装基板上の溝にシリコン製のレンズ素子を実装したものを母型とする。そして，この母型に金属メッキ処理を施して金型を作製し，この金型を用いて樹脂を材質として射出成形を行うことにより光学部材を作製する。以下，図面を参照しながら，金型および樹脂製光学部材の製造方法および構成について説明する。
【００１７】
図１は，本発明の第１の実施の形態にかかる金型および樹脂製光学部材の製造方法を示すフローチャートである。はじめに，レンズ素子１０を実装基板２０上のＶ溝２８ａに実装して，金型作製用母型となる光モジュール１００を作製する（ステップＳ１０１）。
【００１８】
図２に本発明の第１の実施の形態にかかる光モジュール１００の構成斜視図を示す。レンズ素子１０は光学基板からなり，その材質はシリコンである。レンズ素子１０は，光学基板の表面の片面に形成されたレンズ部２と，縁部３と，略直方体形状の取扱部４と，略蒲鉾形の張出部６とを有する。
【００１９】
レンズ部２はここでは円形形状をしており，ブレーズ型の回折光学素子からなる。レンズ部２は，半導体製造プロセスで用いられるフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成された部分である。以下では区別するために，レンズ素子１０において，レンズ部２が形成されている側の面をレンズ形成面と呼び，レンズ形成面の対向面をレンズ非形成面と呼ぶ。
【００２０】
レンズ部２の下部側にはレンズ部２の外周の一部としての縁部３が位置し，縁部３はレンズ部２の円周形状に沿った円弧形状を有する。この縁部３の円弧形状を呈する外形はレンズ部２の形成面側からその対向面側まで延びており，縁部３を含んで取扱部４から下方に張り出す略蒲鉾形状の張出部６を形成している。
【００２１】
取扱部４は，レンズ部２の外周の上部側でレンズ部２と接続し，レンズ部２の表面に略平行な面内でレンズ部２より広い幅を有し，左右方向に伸長した全体として略直方体形状を有する。取扱部４の上面および側面は平坦に形成されている。
【００２２】
レンズ素子１０は，半導体製造技術で用いられるフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて作製することができる。例えば，シリコン基板にフォトリソグラフィとエッチングを繰り返すことにより回折光学素子からなるレンズ部２を作製し，レンズ素子１０に対応する形状のパターンをフォトマスクパターンとして用いてＤｅｅｐ Ｅｔｃｈｉｎｇ等の手法を用いて任意の深さまで掘り下げることにより，レンズ素子１０を作製できる。
【００２３】
実装基板２０は，ここではシリコン結晶基板からなる。実装基板２０には，その表面から所定の深さまでに，凹溝２４と，凹溝２４と連通するＶ溝２８ａ，２８ｂとが形成されている。凹溝２４は，略長方形の断面形状を有し，実装基板２０の一端から他端まで延びており，その深さはＶ溝２８ａ，２８ｂの最深部より深い。凹溝２４は，後述の仕切り部材３０を配置するための溝である。
【００２４】
Ｖ溝２８ａ，２８ｂは，Ｖ字形の断面形状を有する部品実装用の溝であり，レンズ素子１０の張出部６を載置可能な寸法を有する。Ｖ溝２８ａ，２８ｂの伸長方向は凹溝２４の伸長方向に垂直であり，Ｖ溝２８ａ，２８ｂは同一線上に伸長している。Ｖ溝２８ａは実装基板２０の一端から凹溝２４まで，Ｖ溝２８ｂは凹溝２４から実装基板２０の途中までに形成されている。すなわち，実装基板２０の一端から途中までに形成された１本の溝が凹溝２４により分断されてＶ溝２８ａ，２８ｂになっていると考えることができる。
【００２５】
上記溝を有する実装基板２０の作製方法としては例えば，Ｖ溝２８ａ，２８ｂを構成する１本のＶ溝を異方性エッチングにより形成した後，ダイシング等により凹溝２４を形成してもよい。
【００２６】
光モジュール１００においては，実装基板２０のＶ溝２８ａ上にレンズ素子１０の張出部６が当接するよう載置する。このとき，図２に示すように，凹溝２４の２つの側面のうち，Ｖ溝２８ａ側の凹溝２４の側面と，レンズ素子１０のレンズ非形成面とが同一平面上に位置するように配置する。また，レンズ形成面がＶ溝２８ｂではなく，Ｖ溝２８ａ側を向くように配置する。レンズ素子１０を適正な位置に配置した後，レンズ素子１０を実装基板２０に接着剤で固定して光モジュール１００を作製する。
【００２７】
レンズ部２は光束を変換する機能を有し，Ｖ溝２８ａ，２８ｂは部品実装用の溝としての機能を有するものであり，光モジュール１００においてレンズ部２およびＶ溝２８ａ，２８ｂは主要構成部と言える。
【００２８】
次に，図３（ａ），図３（ｂ）に示すように，光モジュール１００に仕切り部材３０を設置して，前半部Ｆ１と後半部Ｒ１の２つの部分に区分する（ステップＳ１０２）。前半部Ｆ１はレンズ素子１０およびＶ溝２８ａを含む。後半部Ｒ１はＶ溝２８ｂを含むが，レンズ素子は含まない。図３（ａ）はこの状態での光モジュール１００の上面図であり，図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’断面における断面図である。
【００２９】
本実施の形態においては，仕切り部材３０は，板状の部材であり，その材質には例えばポリイミド板を用いることができる。仕切り部材３０の厚みは凹溝２４の幅とほぼ同じであり，仕切り部材３０はその下方が凹溝２４に差し込まれて設置される。仕切り部材３０は，厚み方向に垂直な２つの面である前面３２，後面３４を有し，前面３２はレンズ素子１０のレンズ非形成面と接触し，同一平面上にある。仕切り部材３０の実装基板２０の上面からの高さは，レンズ素子１０の高さより十分高い。仕切り部材３０における，凹溝２４の伸張方向に平行な方向の長さは，同方向の実装基板２０の幅より十分長い。
【００３０】
仕切り部材３０とレンズ素子１０は，それらの接触面の所定部分に塗布された接着剤１８により接着される。接着剤１８には例えばシリコーン系樹脂の接着剤を使用できる。なお，レンズ素子１０と実装基板２０の上面との間隙，すなわち，張出部６とＶ溝２８ａとの間隙（図３（ｂ）の斜線部），張出部６の両側に位置する取扱部４の下面と実装基板２０の上面との間隙に，接着剤１８が回り込み，塗布量によっては間隙を充填することもある。接着剤１８の回り込みはレンズ部２を通過する光束に影響を与えないものであれば問題ない。本実施の形態および以降の実施の形態では，接着剤１８によりこれらの間隙が充填された場合について説明を進める。
【００３１】
次に，仕切り部材３０が設置された図３（ａ），図３（ｂ）に示す状態の光モジュール１００の上面部Ｕ全体にメッキ処理を施す（ステップＳ１０３）。上面部Ｕとは図３（ｂ）に示す光モジュール１００において二点鎖線で示す境界線Ｂより上方の部分を意味する。境界線ＢはＶ溝２８ａ，２８ｂの最深部より下方であるようにする。このメッキ処理の方法としては，例えば，図３（ａ），図３（ｂ）に示す光モジュール１００を逆さまの状態として，その上面部Ｕの部分をクロム無電解メッキ液に浸漬して，クロム無電解メッキを行う。メッキ処理はここではクロム無電解メッキを用いたが，これに限定するものではない。例えば，その他の無電解メッキ（ニッケル無電解メッキなど），あるいは無電解メッキと電解メッキの併合なども可能である。
【００３２】
メッキ処理後，全体をワックス等で固め，不要部分を研磨して所望の形状に成形する（ステップＳ１０４）。ここでは，仕切り部材３０の側面および上面を研磨して，実装基板２０の幅より突出している部分を無くし，レンズ素子１０上辺より突出している部分の長さを短くした。成形は研磨以外の方法により行ってもよい。なお，この工程は，仕切り部材３０および光モジュール１００の形状に応じて行われ，場合によっては省略可能である。
【００３３】
次に，有機溶媒等で洗浄することにより接着剤１８を除去し，仕切り部材３０を除去する（ステップＳ１０５）。
【００３４】
次に，金型作製用母型である光モジュール１００を除去して金型を作製する（ステップＳ１０６）。ここでは，メッキ内部のシリコンを溶解するため，３０％水酸化カリウム溶液に浸ける。数時間で内部のシリコン製の光モジュール１００は溶解し，金型４０ａ，金型４０ｂの２つの光学部材成形用金型の作製が完了する。金型４０ａは前半部Ｆ１を母型とした金型であり，金型４０ｂは後半部Ｒ１を母型とした金型である。
【００３５】
図４は金型４０ａ，金型４０ｂの斜視図であり，図５は金型４０ａ，金型４０ｂの側面図である。なお，図４，図５では，厚みは無視して描いている。図４，図５に示すように，金型４０ａは，回折光学素子のレンズ部を形成するためのレンズ形成部４２，および溝を形成するための溝形成部であるＶ溝形成部４８ａを有する。レンズ形成部４２およびＶ溝形成部４８ａはそれぞれ，前半部Ｆ１におけるレンズ素子１０のレンズ部２および実装基板２０のＶ溝２８ａを写した形状を有する。また，金型４０ｂは，溝を形成するためのＶ溝形成部４８ｂを有し，Ｖ溝形成部４８ｂは後半部Ｒ１における実装基板２０のＶ溝２８ｂを写した形状を有する。
【００３６】
図５に示す金型４０ａの側面図において，稜線を表す水平方向の３つの線に上から順にＵＬ，ＶＬ，ＢＬの符号を付している。実線で表される線ＵＬは実装基板２０の上面に対応し，点線で表される線ＶＬは実装基板２０のＶ溝２８ａの最深部に対応し，実線で表される線ＢＬは図３（ｂ）で示す境界線Ｂに対応する。
【００３７】
次に，上記金型を用いた樹脂製光学部材の成形について説明する。一例として金型４０ａを用いて図６に示す樹脂製光学部材５０を成形する場合について説明する。上記の金型作製工程の後，金型４０ａおよびその他必要な金型を用いて金型を組み付ける（ステップＳ１０７）。その他必要な金型は，樹脂製光学部材５０に応じた形状を有する金型であり，底面部，側面部等を構成するための金型である。このような金型は当業者であれば容易に想到可能な単純で一般的な構成の金型であるため，ここではその詳細説明を省略する。なお，この金型組み付けの工程では，研磨等により余計な部分を除去して金型全体を整形することもありうる。
【００３８】
上記の組み付けられた金型を射出成形装置に入れ，樹脂を材質として通常の射出成形を行うことにより，樹脂製光学部材５０を作製することができる（ステップＳ１０８）。図６は樹脂製光学部材５０の斜視図である。樹脂には例えば一般的なＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いることができる。樹脂製光学部材５０はレンズ部５２および部品実装用のＶ溝５８を有する。レンズ部５２，Ｖ溝５８はそれぞれ，金型４０ａのレンズ形成部４２，Ｖ溝形成部４８ａにより形成された部分であり，前半部Ｆ１におけるレンズ素子１０のレンズ部２，実装基板２０のＶ溝２８ａと同形状，同寸法を有する。
【００３９】
また，金型４０ａおよび金型４０ｂを用いて，図７に示す樹脂製光学部材６０を作製することも可能である。この場合は，ステップＳ１０７の金型組み付け工程において，金型４０ａ，金型４０ｂおよびその他必要な金型を用いて金型を組み付ける（ステップＳ１０７）。この場合のその他必要な金型は，樹脂製光学部材６０に応じた形状を有する金型であり，底面部，仕切り部材３０が配置されていた部分等を構成するための金型である。このような金型は当業者であれば容易に想到可能な単純で一般的な構成の金型であるため，ここではその詳細説明を省略する。なお，この金型組み付けの工程では，研磨等により余計な部分を除去して金型全体を整形することもありうる。
【００４０】
樹脂製光学部材５０の場合と同様に，上記の組み付けられた金型を射出成形装置に入れ，樹脂を材質として通常の射出成形を行うことにより，樹脂製光学部材６０を作製することができる。図７に樹脂製光学部材６０の斜視図を示す。樹脂には例えば一般的なＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いることができる。
【００４１】
樹脂製光学部材６０は，レンズ部６２および部品実装用のＶ溝６８ａ，６８ｂを有する。レンズ部６２，Ｖ溝６８ａ，６８ｂはそれぞれ，金型４０ａのレンズ形成部４２，Ｖ溝形成部４８ａ，金型４０ｂのＶ溝形成部４８ｂにより形成された部分であり，レンズ素子１０のレンズ部２，実装基板２０のＶ溝２８ａ，２８ｂと同形状，同寸法を有する。すなわち，樹脂製光学部材６０は，光モジュール１００の主要構成部であるレンズ部２，Ｖ溝２８ａ，２８ｂと同様のレンズ部６２，Ｖ溝６８ａ，６８ｂを有する。なおここでは，Ｖ溝６８ａとＶ溝６８ｂの間の長さおよび形状は，仕切り部材３０を模したものとしたが，これに限定するものではなく，別の態様のものでもよい。
【００４２】
なお，上記のレンズ部５２，６２はここでは波長８５０ｎｍのレーザ光に対して使用可能な構成としている。したがって，レンズ部５２，６２を形成するための金型の母型となるレンズ素子１０のレンズ部２の回折光学素子は，材質をＰＭＭＡとし，使用波長を８５０ｎｍとした場合に最適化設計されていることは言うまでもない。
【００４３】
上記のように作製されたレンズ部５２，６２の回折効率は８０％以上の値を示しており，実用上十分なレンズ特性を有することが確認された。
【００４４】
本実施の形態によれば以下のような効果が得られる。本実施の形態の樹脂製光学部材は，ＰＭＭＡを材質にしているため，シリコンを材質にした場合には使用できなかった波長帯域の光が使用可能となる。本実施の形態の光学部材成形用金型は一体化されたＶ溝形成部とレンズ形成部とを有しており，この金型を用いて成形された樹脂製光学部材もまた，１つの樹脂製光学部材で一体化された部品実装用溝とレンズ部と実装基板に相当するものを有している。よって，従来行われていたボンダのような高価な部品配置装置を用いてレンズを溝に実装する作業や固定する作業が不要になる。さらに，この樹脂製光学部材は金型を用いて樹脂を材質として成形されているため，量産性に優れ，低価格化が可能である。
【００４５】
図８は本発明の第２の実施の形態にかかる光モジュール２００の構成を示す斜視図である。本実施の形態では，光モジュール２００を金型作製用母型として金型および樹脂製光学部材を作製する。図２に示す第１の実施の形態における光モジュール１００の有するレンズ素子が１つであったのに対し，光モジュール２００は２つのレンズ素子を有する。以下，この点に注目して説明し，第１の実施の形態と同様の構成については，重複説明を省略する。
【００４６】
光モジュール２００は，実装基板２２０と，２つのレンズ素子２１０ａ，２１０ｂとからなる。レンズ素子２１０ａ，２１０ｂは，それぞれブレーズ型回折光学素子からなるレンズ部２１２ａ，２１２ｂを有し，これらの光学性能は第１の実施の形態におけるレンズ素子１０のレンズ部２と異なる。その他の点では，レンズ素子２１０ａ，２１０ｂは，第１の実施の形態におけるレンズ素子１０と同様の外形形状，構成を有し，シリコンからなる。レンズ素子２１０ａ，２１０ｂにおいてレンズ部２１２ａ，２１２ｂが形成されている側の面をレンズ形成面と呼び，レンズ形成面の対向面をレンズ非形成面と呼ぶことにする。
【００４７】
実装基板２２０は，シリコン結晶基板からなる。第１の実施の形態における実装基板２０と同様に，実装基板２２０には，その表面から所定の深さまでに，断面形状が略長方形の凹溝２２４と，断面形状がＶ字形のＶ溝２２８ａ，２２８ｂとが形成されている。ただし，本実施の形態における凹溝２２４は，第１の実施の形態における凹溝２４に比べ，実装基板２２０の長軸方向における幅が長くなっている。また，凹溝２２４の深さは凹溝２４の深さと必ずしも同一ではない。
【００４８】
Ｖ溝２２８ａ，２２８ｂに関しては，第１の実施の形態におけるＶ溝２８ａ，２８ｂとそれぞれ同様であり，Ｖ溝２２８ａは実装基板２２０の一端から凹溝２２４まで，Ｖ溝２２８ｂは凹溝２２４から実装基板２２０の途中までに，同一直線上に形成されている。また，Ｖ溝２２８ａ，２２８ｂは共に，レンズ素子２１０ａ，２１０ｂの張出部を載置可能な寸法を有し，部品実装用の溝としての機能を有する。
【００４９】
光モジュール２００においては，第１の実施の形態における光モジュール１００と同様に，実装基板２２０のＶ溝２２８ａ，２２８ｂ上にレンズ素子２１０ａ，２１０ｂのそれぞれの張出部が当接するよう載置され，接着剤で固定されて実装されている。レンズ素子２１０ａ，２１０ｂは共にレンズ非形成面が対向するように配置されている。また，凹溝２２４のＶ溝２２８ａ側の側面とレンズ素子２１０ａのレンズ非形成面とが同一平面上に位置し，凹溝２２４のＶ溝２２８ｂ側の側面とレンズ素子２１０ｂのレンズ非形成面とが同一平面上に位置するように配置されている。光モジュール２００においても，レンズ部２１２ａ，２１２ｂおよびＶ溝２２８ａ，２２８ｂは主要構成部と言える。
【００５０】
第１の実施の形態の場合と同様に，凹溝２２４内に仕切り部材２３０の下方が配置されるように，光モジュール２００に仕切り部材２３０を設置する。図９はこの状態での光モジュール２００の上面図である。本実施の形態においては，仕切り部材２３０は，直方体状の部材であり，その材質には例えばポリイミド板を用いることができる。仕切り部材２３０は，Ｖ溝２２８ａ，２２８ｂの伸長方向に垂直な２つの面を有し，これらの２つの面はそれぞれレンズ素子２１０ａ，２１０ｂのレンズ非形成面と接触し，同一平面上にある。仕切り部材２３０の実装基板２２０の上面からの高さは，レンズ素子２１０ａ，２１０ｂの高さより十分高い。仕切り部材２３０において，Ｖ溝２２８の伸張方向に垂直な方向の長さは，同方向の実装基板２２０の幅より十分長い。
【００５１】
仕切り部材２３０とレンズ素子２１０ａ，２１０ｂは，それらの接触面の所定部分に塗布された接着剤により接着される。接着剤には例えばシリコーン系樹脂の接着剤を使用できる。図９に示すように，仕切り部材２３０を設置することにより，レンズ素子２１０ａを含む側の前半部Ｆ２と，レンズ素子２１０ｂを含む側の後半部Ｒ２とに区分される。
【００５２】
次に，第１の実施の形態と同様に，仕切り部材２３０が設置された図９に示す状態の光モジュール２００の上面部全体にメッキ処理を施す。上面部の定義，好ましい範囲は第１の実施の形態の上面部Ｕと同様である。メッキ処理はここではクロム無電解メッキを用いたが，これに限定するものではない。例えば，その他の無電解メッキ（ニッケル無電解メッキなど），あるいは無電解メッキと電解メッキの併合なども可能である。メッキ処理後，全体をワックス等で固め，不要部分を研磨して所望の形状に成形する。
【００５３】
次に，第１の実施の形態と同様に，有機溶媒等で洗浄することにより接着剤を除去し，仕切り部材２３０を除去する。そして，３０％水酸化カリウム溶液に浸けることにより，シリコン製の金型作製用母型である光モジュール２００を溶解させて，除去する。これにより，前半部Ｆ２を母型とした金型２４０ａと，後半部Ｒ２を母型とした金型２４０ｂの２つの光学部材成形用の金型の作製が完了する。
【００５４】
図１０は金型２４０ａ，金型２４０ｂの斜視図である。なお，図１０では，厚みは無視して描いている。図１０に示すように，金型２４０ａは，回折光学素子のレンズ部を形成するためのレンズ形成部２４２ａ，および溝を形成するための溝形成部であるＶ溝形成部２４８ａを有する。レンズ形成部２４２ａおよびＶ溝形成部２４８ａはそれぞれ，前半部Ｆ２におけるレンズ素子２１０ａのレンズ部２１２ａおよび実装基板２２０のＶ溝２２８ａを写した形状を有する。
【００５５】
また，金型２４０ｂは，回折光学素子のレンズ部を形成するためのレンズ形成部２４２ｂ，および溝を形成するための溝形成部であるＶ溝形成部２４８ｂを有する。レンズ形成部２４２ｂおよびＶ溝形成部２４８ｂはそれぞれ，後半部Ｒ２におけるレンズ素子２１０ｂのレンズ部２１２ｂおよび実装基板２２０のＶ溝２２８ｂを写した形状を有する。
【００５６】
その後，第１の実施の形態と同様に，金型２４０ａ，金型２４０ｂおよびその他に必要な金型を用いて組み付けを行う。例えば，図１１に示す凹溝２６４を有する樹脂製光学部材２６０を形成する場合を考える。この場合のその他必要な金型は，底面部，凹溝２６４等を構成するための金型であるが，このような金型は当業者であれば容易に想到可能な単純で一般的な構成の金型であるため，ここではその詳細説明を省略する。
【００５７】
組み付けられた金型を射出成形装置に入れ，樹脂を材質として通常の射出成形を行い，１つの樹脂製光学部材２６０を作製することができる。樹脂には例えばＰＭＭＡを用いることができる。図１１に，樹脂製光学部材２６０に半導体レーザ９０と光ファイバ９２を搭載して構成した光モジュール２６９の斜視図を示す。
【００５８】
樹脂製光学部材２６０は，レンズ部２６２ａ，２６２ｂおよび部品実装用のＶ溝２６８ａ，２６８ｂを有する。レンズ部２６２ａ，Ｖ溝２６８ａはそれぞれ，金型２４０ａのレンズ形成部２４２ａ，Ｖ溝形成部２４８ａにより形成された部分である。レンズ部２６２ｂ，Ｖ溝２６８ｂはそれぞれ，金型２４０ｂのレンズ形成部２４２ｂ，Ｖ溝形成部２４８ｂにより形成された部分である。レンズ部２６２ａ，２６２ｂ，Ｖ溝２６８ａ，２６８ｂはそれぞれ，レンズ部２１２ａ，２１２ｂ，Ｖ溝２２８ａ，２２８ｂと同形状，同寸法を有する。すなわち，樹脂製光学部材２６０は，光モジュール２００の主要構成部であるレンズ部２１２ａ，２１２ｂ，Ｖ溝２２８ａ，２２８ｂと同様のレンズ部２６２ａ，２６２ｂ，Ｖ溝２６８ａ，２６８ｂを有する。
【００５９】
また，樹脂製光学部材２６０は，Ｖ溝２６８ａとＶ溝２６８ｂの間に，光モジュール２００の凹溝２２４とほぼ同様の断面形状が略長方形の凹溝２６４を有する。なお，Ｖ溝２６８ａとＶ溝２６８ｂの間の形状はこれに限定するものではなく，他の断面形状の溝でもよく，あるいは，溝でなくてもよい。
【００６０】
レンズ部２６２ａ，２６２ｂはここでは，一例として波長８５０ｎｍのレーザ光に対して使用可能な構成としている。したがって，レンズ部２６２ａ，２６２ｂを形成するための金型の母型となるレンズ部２１２ａ，２１２ｂの回折光学素子は，材質をＰＭＭＡとし，使用波長を８５０ｎｍとした場合に最適化設計されていることは言うまでもない。
【００６１】
上記のように作製されたレンズ部２６２ａ，２６２ｂの回折効率は８０％以上の値を示しており，実用上十分なレンズ特性を有することが確認された。
【００６２】
図１１に示す光モジュール２６９において，半導体レーザ９０，レンズ部２６２ａ，２６２ｂ，光ファイバ９２が同一光軸を共有するように，樹脂製光学部材２６０の表面上の所定位置に半導体レーザ９０が配置され，Ｖ溝２６８ａに光ファイバ９２の一端が配置されている。半導体レーザ９０を出射した光はレンズ部２６２ｂでコリメートされた後，レンズ部２６２ａで集光され，光ファイバ９２に入射する。上記構成での半導体レーザ９０と光ファイバ９２間の結合損失は約３．０ｄＢであった。
【００６３】
以上より，本実施の形態によれば，第１の実施の形態と同様に，以下のような効果が得られる。本実施の形態の樹脂製光学部材は，ＰＭＭＡを材質にしているため，シリコンを材質にした場合には使用できなかった波長帯域の光が使用可能となる。本実施の形態の光学部材成形用金型は一体化されたＶ溝形成部とレンズ形成部とを有しており，この金型を用いて成形された樹脂製光学部材もまた，１つの樹脂製光学部材で一体化された部品実装用溝とレンズ部と実装基板に相当するものを有している。よって，従来行われていたボンダのような高価な部品配置装置を用いてレンズを溝に実装する作業や固定する作業が不要になる。さらに，この樹脂製光学部材は金型を用いて樹脂を材質として成形されているため，量産性に優れ，低価格化が可能である。
【００６４】
なお，第２の実施の形態において，レンズ部の焦点距離を変更したい場合は，例えば２つの金型２４０，２６０を作製した後に，一方を焦点距離の異なる別の金型と交換して，他方の金型とあわせて用いて射出成形すればよい。このようにして，異なる光学性能を有する樹脂製光学部材を容易に作製することができる。
【００６５】
図１２は，変形例としての光モジュール２７９の斜視図を示す。光モジュール２７９は，樹脂製光学部材２７０と光機能素子としての光アイソレータ９４からなる。樹脂製光学部材２７０は，第１の実施の形態の金型４０ａと，第２の実施の形態の金型２４０ｂとを用いて作製されたものである。用いる金型が違うだけであり，その他の点では前述の樹脂製光学部材２６０と同様であるため，その作製方法については，ここでは重複説明を省略する。
【００６６】
樹脂製光学部材２７０は，金型４０ａにより成形されたレンズ部２７２ａおよび部品実装用のＶ溝２７８ａと，金型２４０ｂにより成形されたレンズ部２７２ｂおよび部品実装用のＶ溝２７８ｂとを有する。また，Ｖ溝２７８ａとＶ溝２７８ｂの間には断面形状が略長方形の凹溝２７４を有する。凹溝２７４は，樹脂製光学部材２６０の凹溝２６４と同様であるが，深さのみ異なる。凹溝２７４上には光路に位置するように光アイソレータ９４が挿入配置され接着剤で固定されている。なお，光機能素子として光アイソレータの代わりに例えば偏向子，波長板，フィルタ等を使用することも可能である。
【００６７】
上記のように作製されたレンズ部２７２ａ，２７２ｂの回折効率は８０％以上の値を示しており，実用上十分なレンズ特性を有することが確認された。
【００６８】
また，図１１に示す光モジュール２６９の場合と同様に，本実施の形態の光モジュール２７９に半導体レーザ９０，レンズ部２７２ａ，２７２ｂ，光ファイバ９２が同一光軸を共有するように，樹脂製光学部材２７０の表面上の所定位置に半導体レーザ９０を配置し，Ｖ溝２７８ａに光ファイバ９２の一端を配置して，半導体レーザ９０と光ファイバ９２間の結合損失を測定したところ約３．２ｄＢであった。
【００６９】
本変形例のように，レンズ部の光学性能が異なる複数種類の金型を用意しておき，組み付ける金型の組み合わせを変えて射出成形を行えば，部分的に性能が異なる樹脂製光学部材を容易に作製することができる。例えば，複数のレンズ部を有する光モジュールに対し，１つのレンズ部の焦点距離のみ異なる光モジュールを得たい場合に有効である。
【００７０】
また，本変形例では光機能素子を備えた光モジュールを構成しており，これによって多様な光モジュールを構成できる。また，備える光機能素子に応じて，光機能素子が配置される凹溝の形状や寸法を変えたい場合，実装基板とレンズ素子からなる光モジュールでは，異なる凹溝が形成された実装基板を用意した後，再びレンズ素子を実装するという手間が必要であった。これに対し，本変形例では，凹溝を形成する部分の金型のみ変更して射出成形するだけで，容易に所望の樹脂製光学部材を得ることができる。
【００７１】
次に，上記方法により作製される樹脂製光学部材を組み合わせて構成された光モジュールについて説明する。図１３は，本発明の第３の実施の形態にかかる光モジュール３００の上面図である。光モジュール３００は，３つの樹脂製光学部材５０，３５０，３６０と，半導体レーザ９０と，光ファイバ９２と，ビームスプリッタ９６と，フォトダイオード９８と，実装基板３２０とから主に構成される。
【００７２】
樹脂製光学部材５０は，図６に示す第１の実施の形態の樹脂製光学部材であり，レンズ部５２とＶ溝５８を有する。樹脂製光学部材３５０，３６０は第２の実施の形態の金型２４０ｂと，側面部および底面部を構成する金型とを用いて，ＰＭＭＡを材質にして形成された部材であり，互いに同一形状，同一構成である。樹脂製光学部材３５０はレンズ部３５２と部品実装用のＶ溝３５８を有し，樹脂製光学部材３６０はレンズ部３６２と部品実装用のＶ溝３６８を有する。
【００７３】
光モジュール３００では図１３に示すように，樹脂製光学部材５０のＶ溝５８には光ファイバ９２の一端が配置され，樹脂製光学部材３５０の表面上の所定位置には半導体レーザ９０が配置され，樹脂製光学部材３６０の表面上の所定位置にはフォトダイオード９８が配置されている。
【００７４】
また，樹脂製光学部材５０と樹脂製光学部材３５０とが所定距離をもって同一光軸を共有するように配置されている。樹脂製光学部材５０と樹脂製光学部材３５０の間には，樹脂製光学部材５０から樹脂製光学部材３５０へ進行する光束を分波可能なように，ビームスプリッタ９６が配置されている。分波された光束の光軸と樹脂製光学部材３６０の光軸とが同一になるように，樹脂製光学部材３６０が樹脂製光学部材５０，樹脂製光学部材３５０の側方に配置されている。
【００７５】
全体としてビームスプリッタ９６を中心にして３つの樹脂製光学部材５０，３５０，３６０がコの字形を形成するような配置となっている。実装基板３２０上には上記構成の３つの樹脂製光学部材５０，３５０，３６０と，ビームスプリッタ９６が配置され，それぞれは実装基板３２０に接着剤で固定されている。
【００７６】
上記のように，３つの樹脂製光学部材５０，３５０，３６０はビームスプリッタ９６を介して互いに光学的に結合されている。半導体レーザ９０から出射した光は，樹脂製光学部材３５０のレンズ部３５２によりコリメートされた後，ビームスプリッタ９６内を直進し，樹脂製光学部材５０のレンズ部５２により集光されて光ファイバ９２に入射する。また，逆に光ファイバ９２からレンズ部５２に向けて出射された光は，レンズ部５２によりコリメートされた後，ビームスプリッタ９６でその光学特性に応じて光路を直角に折り曲げられて樹脂製光学部材３６０方向に向かい，レンズ部３６２により集光されてフォトダイオード９８に入射する。このように，光モジュール３００はトランシーバ構成となっており，通信用の光学系として好適である。
【００７７】
上記のように作製されたレンズ部３５２，３６２の回折効率は８０％以上の値を示しており，実用上十分なレンズ特性を有することが確認された。また，図１３に示す構成において，半導体レーザ９０と光ファイバ９２間の結合損失は約３．２ｄＢであった。
【００７８】
以上より，本実施の形態によれば，以下のような効果が得られる。本実施の形態の樹脂製光学部材は，ＰＭＭＡを材質にしているため，シリコンを材質にした場合には使用できなかった波長帯域の光が使用可能となる。また，本実施の形態の樹脂製光学部材もまた，１つの樹脂製光学部材で一体化された部品実装用溝とレンズ部と実装基板に相当するものを有している。よって，従来行われていたボンダのような高価な部品配置装置を用いてレンズを溝に実装する作業や固定する作業が不要になる。さらに，この樹脂製光学部材は金型を用いて樹脂を材質として成形されているため，量産性に優れ，低価格化が可能である。
【００７９】
さらにまた，本実施の形態では，複数の樹脂製光学部材を組み合わせて光モジュールを構成している。組み合わせる樹脂製光学部材の数や構成は上記例に限定されず，様々なものが考えられる。複数の樹脂製光学部材または複数種類の樹脂製光学部材を組み合わせることにより，多様な光モジュールを安価に容易に得られる。例えば，半導体レーザ９０が配置された樹脂製光学部材３５０と，フォトダイオード９８が配置された樹脂製光学部材３６０を用いてピックアップ用光学系を構成することも考えられる。
【００８０】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８１】
例えば上記実施の形態では，樹脂製光学部材の材質としてＰＭＭＡを用いたが，これに限定するものではなく，ポリオレフィンでもよく，あるいは射出成形が可能な高分子材料であれば使用可能である。材質は使用波長や用途に応じて選択することが好ましい。例えば，重水素化ＰＭＭＡを用いれば１．３μｍ帯の波長で使用可能であり，ポリオレフィンを用いれば３００ｎｍ〜１μｍの波長帯域で使用可能である。
【００８２】
上記実施の形態では，レンズ部としてブレーズ型回折光学素子を用いたが，これに限定するものではなく，バイナリ型回折光学素子や屈折型のレンズなど，基板に作製可能な光学素子であれば適用可能である。レンズ部は，円形に限らず所望の形状で形成可能である。母型とするレンズ素子の形状は，上記例に限定されず，実装用の溝に載置可能であれば円筒形状や蒲鉾型の形状でもよい。レンズ素子や光ファイバを実装するための溝は断面がＶ字形の溝としたが，これに限定するものではなく，略長方形，略台形等の別の形状も採用可能である。また，凹溝や仕切り部材の形状も上記例に限定されない。
【００８３】
また，金型の母型の光モジュールはシリコンからなるレンズ素子や実装基板を用いたが，これに限定するものではなく，ＧａＡｓ，Ｉｎｐ，ＧａＰ，ＳｉＣ，Ｇｅ等を材料とする基板等の他の材質も考えられる。上記実施の形態では，金型作製時のメッキとしてクロムメッキを用いたが，これに限定するものではなく，ニッケルリン，ニッケル，ニッケル系合金によるメッキも採用可能である。
【００８４】
なお上記実施の形態において，レンズ部の表面に反射防止膜を成膜して結合効率を向上させるようにしてもよい。反射防止膜としては例えば，ＴｉＯ２，ＡｌＮ，ＳｉＮ等が考えられる。
【００８５】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，使用可能な光の波長帯域の選択肢を拡大でき，量産性の向上と共に低価格化が可能な樹脂製光学部材および光モジュールを提供することができる。また，このような樹脂製光学部材を作製する際に使用される量産性の向上と共に低価格化を可能にする光学部材成形用金型およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態にかかる金型および樹脂製光学部材の製造方法を示すフローチャートでである。
【図２】 本発明の第１の実施の形態にかかる金型作製用母型となる光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図３】 図２の光モジュールに仕切り部材を設置した状態を示す図であり，図３（ａ）は上面図，図３（ｂ）は図３（ａ）の位置Ａ−Ａ’における断面図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態にかかる金型の構成を示す斜視図である。
【図５】 本発明の第１の実施の形態にかかる金型の構成を示す側面図である。
【図６】 本発明の第１の実施の形態にかかる樹脂製光学部材の構成を示す斜視図である。
【図７】 本発明の第１の実施の形態にかかる樹脂製光学部材の構成を示す斜視図である。
【図８】 本発明の第２の実施の形態にかかる金型作製用母型となる光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図９】 図８の光モジュールに仕切り部材を設置した状態を示す上面図である。
【図１０】 本発明の第２の実施の形態にかかる金型の構成を示す斜視図である。
【図１１】 本発明の第２の実施の形態にかかる光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図１２】 本発明の第２の実施の形態の変形例にかかる光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図１３】 本発明の第３の実施の形態にかかる光モジュールの構成を示す上面図である。
【符号の説明】
２，５２，６２ レンズ部
１０ レンズ素子
１８ 接着剤
２０ 実装基板
２４ 凹溝
２８ａ，２８ｂ，５８，６８ａ，６８ｂ Ｖ溝
３０ 仕切り部材
３２ 前面
３４ 後面
４０ａ，４０ｂ 金型
４２ レンズ形成部
４８ａ，４８ｂ Ｖ溝形成部
５０，６０ 樹脂製光学部材
９０ 半導体レーザ
９２ 光ファイバ
９４ 光アイソレータ
９６ ビームスプリッタ
９８ フォトダイオード
１００ 光モジュール
Ｂ 境界線
Ｆ１ 前半部
Ｒ１ 後半部
Ｕ 上面部
Claims (6)
- フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成されたレンズ部を有するレンズ素子と，溝を有する実装基板とを含み，前記レンズ素子が前記実装基板の溝に実装された金型作製用母型を用いて作製され，
溝を形成するための溝形成部と，
レンズ部を形成するためのレンズ形成部と，
を備えたことを特徴とする光学部材成形用金型。 - 前記レンズ形成部は回折光学素子を形成するものであることを特徴とする請求項１に記載の光学部材成形用金型。
- 請求項１または２に記載の金型を用いて，樹脂を材質として成形され，
溝と，
レンズ部と，
を備えたことを特徴とする樹脂製光学部材。 - 請求項３に記載の樹脂製光学部材と，
光機能素子と，
を備えたことを特徴とする光モジュール。 - 請求項３に記載の樹脂製光学部材を複数備え，前記複数の樹脂製光学部材が光学的に結合するように構成されていることを特徴とする光モジュール。
- 光学部材成形用金型の製造方法であって，
フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成されたレンズ部を含むレンズ素子を，実装基板上に形成された部品実装用の溝に実装して，金型作製用母型を作製する工程と，
前記実装基板上に仕切り部材を設置して，前記金型作製用母型を複数の部分に区分する工程と，
前記仕切り部材が設置された金型作製用母型にメッキ処理を施す工程と，
前記仕切り部材を除去する工程と，
前記金型作製用母型を除去して，レンズ部を形成するためのレンズ形成部と，溝を形成するための溝形成部とを含む金型を作製する工程と，を含むことを特徴とする光学部材成形用金型の製造方法。
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