JP4989533B2 - レンズアレイ装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レンズアレイ装置の製造方法に係り、特に、所定の整列方向に整列された複数のレンズを有し、各レンズにそれぞれ入射した光を、各レンズによって所定の集光点に向かって出射させるのに好適なレンズアレイ装置の製造方法に関する。

従来から、光ファイバ通信等の分野においては、複数のレンズを所定の整列方向に整列させたレンズアレイが用いられていた。

この種のレンズアレイでは、例えば、発光素子として複数の垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）が整列された発光装置を、各垂直共振器面発光レーザが各レンズに対向するように配置することによって、各垂直共振器面発光レーザからそれぞれ出射された光を各レンズに入射させ、入射された光を各レンズによって所定の集光点に向かって出射させるようになっていた。

そして、各レンズから出射された光は、集光点において、光ファイバや、複数の受光素子を備えた受光装置（例えば、フォトディテクタ）等のレンズアレイに対する光の出射側に配置された光学デバイスに入射されるようになっていた。

特開２００４−１３８９８２号公報

ところで、図１５に示すように、従来のレンズアレイ１においては、発光装置における各垂直共振器面発光レーザ２を、各レンズ３の中心軸５上に配置することによって、各レンズ３から出射される光が、整列方向（図１５における横方向）に直交する方向に進行するように構成されていた。

これにより、レンズアレイ１が熱膨張し易い材料からなるものである場合には、使用環境温度の変化にともなうレンズアレイ１の熱膨張によって、図１５に示すように、各レンズ３から出射される光の集光点Ｐ’の位置が、設計上の位置Ｐからレンズ３の整列方向に大きくずれてしまうことがあった。

そして、このような集光点Ｐ’の整列方向へのずれが生じた場合には、レンズアレイ１に対する出射側の光学デバイス（図１５における光ファイバ６）において、レンズアレイ１から出射された光を適切に受光することが困難となるといった問題が生じていた。

そこで、本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、使用環境温度の変化にかかわらず適切な光学性能を発揮することができるレンズアレイ装置の製造方法を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係るレンズアレイ装置の製造方法の特徴は、所定の整列方向に整列するように形成されるとともに、前記整列方向に直交する厚さ方向に所定の厚さを有するように形成された複数のレンズを有し、前記複数のレンズに入射した各レンズのそれぞれに対応する光を、各レンズによって所定の集光点に向かって出射させるレンズアレイと、このレンズアレイに対して前記厚さ方向において対向する位置に配置され、前記複数のレンズのそれぞれに向かって各レンズに対応する光をそれぞれ出射する前記レンズと同数の複数の発光素子が形成された発光装置とを備えたレンズアレイ装置の製造方法であって、前記複数のレンズのそれぞれからの光の出射方向が、前記厚さ方向に対する各レンズごとの所定の傾斜角度として、常温Ｔ _１ 〔℃〕および高温Ｔ _２ （＞Ｔ _１ ）〔℃〕の互いに異なる２つの使用環境温度に対応し、各レンズのそれぞれから出射される光の集光点が、Ｔ _１ 、Ｔ _２ の各温度下において、各レンズにそれぞれ対応する前記厚さ方向に平行な所定の直線上に位置されるような傾斜角度を有するように形成し、その際に、前記複数のレンズを、それぞれの中心軸が前記厚さ方向に平行になるように形成し、前記複数の発光素子を、前記複数のレンズのそれぞれの中心軸に対して前記整列方向にずれΔｄ _{（発光素子−レンズ）} 〔ｍｍ〕を有するように形成することによって、前記出射方向が前記傾斜角度を有するように形成し、その際に、前記レンズアレイの材料の線膨脹係数から、温度変化（Ｔ _２ −Ｔ _１ ）にともなう前記レンズアレイにおける前記整列方向に直交する基準平面からの前記複数のレンズのそれぞれの中心軸の距離の変化量ΔＬ〔ｍｍ〕を求め、前記ずれΔｄ _{（発光素子−レンズ）} を、次式、
Δｄ _{（発光素子−レンズ）} ＝β×ΔＬ （１）
但し、
β：前記レンズの倍率
によって求め、求められた前記ずれΔｄ _{（発光素子−レンズ）} を有するように各発光素子を配置する点にある。

そして、この請求項１に係る発明によれば、レンズアレイにおける各レンズから出射される光の集光点を、複数の使用環境温度下において各レンズに対応する直線上に位置させることができるので、使用環境温度の変化にかかわらずレンズアレイ装置が適切な光学性能を発揮することができる。また、各レンズの中心軸に対して各発光素子が整列方向にずれを有するようにすることによって、各レンズから出射される光の集光点を、複数の使用環境温度下において各レンズに対応する直線上に位置させることができるので、簡便な方法により、使用環境温度の変化にかかわらずレンズアレイ装置に適切な光学性能を発揮させることができる。さらに、簡便な方法により、各レンズの中心軸に対して各発光素子が整列方向にずれを正確に有するようにすることができるので、光学性能をさらに向上させることができるとともにコストを削減することができる。

さらに、請求項２に係るレンズアレイ装置の製造方法の特徴は、所定の整列方向に整列するように形成されるとともに、前記整列方向に直交する厚さ方向に所定の厚さを有するように形成された複数のレンズを有し、前記複数のレンズに入射した各レンズのそれぞれに対応する光を、各レンズによって所定の集光点に向かって出射させるレンズアレイと、このレンズアレイに対して前記厚さ方向において対向する位置に配置され、前記複数のレンズのそれぞれに向かって各レンズに対応する光をそれぞれ出射する前記レンズと同数の複数の発光素子が形成された発光装置とを備えたレンズアレイ装置の製造方法であって、前記複数のレンズのそれぞれからの光の出射方向が、前記厚さ方向に対する各レンズごとの所定の傾斜角度として、常温Ｔ _１ 〔℃〕および高温Ｔ _２ （＞Ｔ _１ ）〔℃〕の互いに異なる２つの使用環境温度に対応し、各レンズのそれぞれから出射される光の集光点が、Ｔ _１ 、Ｔ _２ の各温度下において、各レンズにそれぞれ対応する前記厚さ方向に平行な所定の直線上に位置されるような傾斜角度を有するように形成し、その際に、前記複数のレンズのそれぞれを、前記発光素子に臨む光の入射側のレンズ面と、この光の入射側のレンズ面に対向する光の出射側のレンズ面とを有するものに形成し、前記複数のレンズのそれぞれを、前記入射側のレンズ面の中心軸と前記出射側のレンズ面の中心軸との間に前記整列方向のずれΔｄ _{（入射側レンズ面−出射側レンズ面）} 〔ｍｍ〕を有するように形成することによって、前記出射方向が前記傾斜角度を有するように形成し、その際に、前記入射側のレンズ面の中心軸と前記出射側のレンズ面の中心軸との間に前記ずれΔｄ _{（入射側レンズ面−出射側レンズ面）} を有するような前記レンズアレイを設計するために用いるこのレンズアレイと同一の材料からなる設計用のレンズアレイとして、前記所定の整列方向に整列され、前記整列方向に直交する厚さ方向に所定の厚さを有するような複数のレンズを有し、各レンズのそれぞれにおける入射側のレンズ面の中心軸と出射側のレンズ面の中心軸とが互いに一致するような設計用のレンズアレイを仮定し、仮定された前記設計用のレンズアレイの材料の線膨脹係数から、温度変化（Ｔ _２ −Ｔ _１ ）にともなう前記設計用のレンズアレイにおける前記整列方向に直交する基準平面からの前記複数のレンズのそれぞれの中心軸の距離の変化量ΔＬ〔ｍｍ〕を求め、前記ずれΔｄ _{（入射側レンズ面−出射側レンズ面）} を、次式、
Δｄ _{（入射側レンズ面−出射側レンズ面）} ＝β×ΔＬ （２）
但し、
β：前記レンズの倍率
によって求め、求められた前記ずれΔｄ _{（入射側レンズ面−出射側レンズ面）} を有するように前記設計用のレンズアレイにおける前記入射側のレンズ面の中心軸と前記出射側のレンズ面の中心軸との位置関係を修正することによって、前記入射側のレンズ面の中心軸と前記出射側のレンズ面の中心軸との間に前記ずれΔｄ _{（入射側レンズ面−出射側レンズ面）} を有するような前記レンズアレイを設計し、設計結果にしたがってレンズアレイを形成する点にある。

そして、この請求項２に係る発明によれば、各レンズが、光の入射側のレンズ面の中心軸と光の出射側のレンズ面の中心軸との間に整列方向の所定のずれを有するようにすることによって、各レンズから出射される光の集光点を複数の使用環境温度下において各レンズに対応する直線上に位置させることができるので、簡便な方法により、使用環境温度の変化にかかわらずレンズアレイ装置に適切な光学性能を発揮させることができる。また、簡便な方法により、各レンズの入射側のレンズ面の中心軸と出射側のレンズ面の中心軸とが整列方向に所定のずれを正確に有するようにすることができるので、光学性能をさらに向上させることができるとともにコストを削減することができる。

さらにまた、請求項３に係るレンズアレイ装置の製造方法の特徴は、請求項１または２において、前記レンズアレイに対して前記複数のレンズからの光の出射側の位置に、各レンズのそれぞれから出射される光が入射される前記レンズと同数の複数本の光ファイバ、または各レンズのそれぞれから出射される光を受光する前記レンズと同数の複数の受光素子を備えた受光装置を配置する点にある。

そして、この請求項３に係る発明によれば、使用環境温度の変化にかかわらず、発光素子から出射された光を、光ファイバまたは受光素子に適切に結合させることができる。

本発明に係るレンズアレイ装置の製造方法によれば、使用環境温度の変化にかかわらず適切な光学性能を発揮することができる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明に係るレンズアレイ装置の製造方法の第１実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。

（レンズアレイ装置の構成）
図１に示すように、本実施形態におけるレンズアレイ装置７は、レンズアレイ８と、このレンズアレイ８に取り付けられた発光装置１０とを有している。

レンズアレイ８についてさらに詳述すると、図２の平面図に示すように、レンズアレイ８は、平面略長方形状の板状のレンズ形成部８ａと、このレンズ形成部８ａの四方を囲むレンズ形成部８ａよりも厚肉の枠部８ｂとを有している。より具体的には、図１および図３に示すように、枠部８ｂにおける厚さ方向の両端面（図３における上端面および下端面）は、レンズ形成部８ａに対して厚さ方向における外側に位置されている。

また、図１〜図３に示すように、レンズ形成部８ａには、複数（図１〜図３において１２個）のレンズ１１が、所定の整列方向としての図１〜図３における横方向に沿って整列形成されている。

各レンズ１１は、整列方向に直交する厚さ方向（図１および図３における縦方向）に所定の厚さを有しているとともに、発光装置１０に臨む光の入射側のレンズ面１１ａと、このレンズ面１１ａに厚さ方向において対向する光の出射側のレンズ面１１ｂとが、ともに共通の中心軸１２を有している。換言すれば、両レンズ面１１ａ、１１ｂの中心軸１２は互いに一致している。なお、中心軸１２は、厚さ方向に平行とされている。また、本実施形態におけるレンズ１１は、平面円形状の両凸レンズとされている。

各レンズ１１には、発光装置１０から出射された各レンズ１１に対応する光が、入射側のレンズ面１１ａを介して入射するようになっており、これら各レンズ１１に入射した光は、出射側のレンズ面１１ｂから各レンズ１１に対応する所定の集光点に向けてそれぞれ出射されるようになっている。

枠部８ｂには、この枠部８ｂを厚さ方向に貫く一対の開孔部１４が形成されており、これらの開孔部１４は、レンズアレイ８に発光装置１０を取り付ける際における発光装置１０の位置決めおよびレンズアレイ８に後述する光ファイバ１９（図１参照）を取り付ける際における光ファイバ１９の位置決めに用いられるようになっている。

このようなレンズアレイ８は、金型を用いた樹脂材料の射出成型等の安価な材料を用いた効率的な製造方法によって一体的に形成することができる。

図１に示すように、発光装置１０は、扁平な半導体基板１５を有しており、この半導体基板１５におけるレンズアレイ８に臨む面には、発光素子としての垂直共振器面発光レーザ（以下、ＶＣＳＥＬと称する）１６が、レンズ１１の整列方向に沿ってレンズ１１と同数形成されている。各ＶＣＳＥＬ１６からは、各ＶＣＳＥＬ１６にそれぞれ対応する各レンズ１１に向けて、各レンズ１１に対応する光がそれぞれ出射されるようになっている。

また、半導体基板１５におけるレンズアレイ８の一対の開孔部１４に臨む位置には、半導体基板１５に対して厚さ方向におけるレンズアレイ８側に突出された一対の凸部１８が配設されている。これら凸部１８は、レンズアレイ８の開孔部１４にそれぞれ嵌合されることによって、発光装置１０をレンズアレイ８に取り付ける際の発光装置１０の位置決めに用いられようになっている。

さらに、図１に示すように、発光装置１０は、レンズアレイ８への取り付け状態において、その半導体基板１５におけるレンズアレイ８に臨む面が、枠部８ｂにおける発光装置１０に臨む端面に当接されるようにして、レンズアレイ８に対して厚さ方向において対向する位置に配置されるようになっている。

一方、図１に示すように、本実施形態において、レンズアレイ８に対するレンズ１１からの光の出射側の位置には、レンズ１１の整列方向に沿って整列されたレンズ１１と同数の光ファイバ１９が取り付けられるようになっている。なお、図１における各光ファイバ１９は、その端部側の部位が多芯一括型のコネクタ２０内に保持されている。

各光ファイバ１９の端面１９ａには、レンズアレイ８における出射側のレンズ面１１ｂから出射された光が入射するようになっている。そして、各光ファイバ１９は、レンズアレイ８側から入射した光を送信先へと伝送するようになっている。

また、コネクタ２０におけるレンズアレイ８の一対の開孔部１４に臨む位置には、図１における厚さ方向に長尺な一対の凸部２１が配設されている。これら凸部２１は、レンズアレイ８の開孔部１４にそれぞれ嵌合されることによって、光ファイバ１９をレンズアレイ８に取り付ける際の光ファイバ１９の位置決めに用いられようになっている。

このように、本実施形態におけるレンズアレイ８は、発光装置１０における複数のＶＣＳＥＬ１６のそれぞれと、各ＶＣＳＥＬ１６に対応する複数本の光ファイバ１９のそれぞれの端面１９ａとを光学的に結合することが可能とされている。

このような基本構成を備えた上で、本実施形態におけるレンズアレイ装置７は、各レンズ１１のそれぞれからの光の出射方向が、厚さ方向に対する各レンズ１１ごとの所定の傾斜角度として、各レンズ１１のそれぞれから出射される光の集光点が、互いに異なる複数の使用環境温度下において、各レンズ１１にそれぞれ対応する厚さ方向に平行な所定の直線上に位置されるような傾斜角度を有するように形成されている。

さらに、本実施形態において、このような各レンズ１１からの光の出射方向についての厚さ方向に対する傾斜角度は、各ＶＣＳＥＬ１６が、各ＶＣＳＥＬ１６に対応する各レンズ１１のそれぞれの中心軸１２に対して整列方向に所定量のずれを有することによって実現されている。

図４は、このような本実施形態におけるレンズアレイ装置７の構成を、便宜上、
互いに対応する１組のレンズ１１、ＶＣＳＥＬ１６および光ファイバ１９のみに着目して具体的に示したものである。この図４に示す構成は、すべての組のレンズ１１、ＶＣＳＥＬ１６および光ファイバ１９に適用されるものである。

図４に示すように、本実施形態におけるレンズアレイ装置７は、レンズアレイ装置７の使用環境温度が所定の使用環境温度としての常温（図４におけるＴ_１〔℃〕）の場合において、ＶＣＳＥＬ１６が、レンズ１１の中心軸１２（常温Ｔ_１時）に対して整列方向におけるレンズアレイ８の熱膨張方向（図４における右方）に所定量のずれΔｄ〔ｍｍ〕を有するように形成（配置）されている。なお、常温の具体的な温度については、コンセプトに応じて種々選択すればよい。また、本実施形態におけるレンズアレイ８の場合、熱膨張方向は、レンズアレイ８の整列方向における中心部から左右の両端部へと向かう方向になる。

これにより、レンズアレイ装置７の使用環境温度が常温（図４におけるＴ_１〔℃〕）の場合においては、ＶＣＳＥＬ１６から出射された光が、このＶＣＳＥＬ１６に対応するレンズ１１を透過した後に、このレンズ１１における出射側のレンズ面１１ｂから出射光Ｌ_１として集光点Ｐ_１に向けて出射される際に、この出射光Ｌ_１の出射方向が、厚み方向に対して傾斜角度θを有することになる。

そして、使用環境温度が常温から高温（図４におけるＴ_２〔℃〕（但し、Ｔ_２＞Ｔ_１））へと変化した場合においては、レンズアレイ８が、その材料の線膨脹係数αを反映した熱膨張によって、熱膨張方向（図４における右方）へと伸長する。これにより、レンズ１１は、その直径が大きくなるとともに、中心軸１２が熱膨張方向へと変位する。なお、本実施形態においては、半導体基板１５の材料の線膨脹係数を、レンズアレイ８の材料の線膨脹係数αと同一とされている。したがって、本実施形態においては、レンズアレイ８の熱膨張にともなうレンズ１１の変位の際には、半導体基板１５に形成されたＶＣＳＥＬ１６も、半導体基板１５の熱膨張にともなってレンズ１１と同方向にほぼ同一変位量の変位を示すことになる。

このようにして使用環境温度が高温になった場合においては、ＶＣＳＥＬ１６から出射された光は、常温時からの熱膨張後におけるレンズ１１（高温時におけるレンズ１１）を透過した後に、出射側のレンズ面１１ｂ（高温Ｔ_２時）から高温時における出射光Ｌ_２として高温時における集光点Ｐ_２に向けて出射されることになる。

この際に、高温時における出射光Ｌ_２の出射方向は、常温時における出射光Ｌ_１と同様に、厚み方向に対して傾斜角度θを有することになる。

また、この際に、高温時における集光点Ｐ_２は、レンズアレイ８の材料の屈折率温度依存係数ｄｎ／ｄＴの影響によって、常温時における集光点Ｐ_１よりもレンズ面１１ｂからの距離が遠くなる。

これにより、図４に示すように、常温時における集光点Ｐ_１と高温時における集光点Ｐ_２とは、厚さ方向に平行な直線２３上に位置されるようになっている。

したがって、図４に示すように、直線２３上に光ファイバ１９の端面１９ａの中心が位置されるように光ファイバ１９を形成すれば、使用環境温度が常温または高温のいずれの場合においても、ＶＣＳＥＬ１６から出射された光を光ファイバ１９に適切に結合させることができる。なお、高温時における集光点Ｐ_２は、光ファイバ１９の端面１９ａから厚さ方向にずれているが、このような厚さ方向のずれは、高温時における集光点Ｐ_２が常温時における集光点Ｐ_１に対して整列方向にずれる場合に比べれば光学性能への影響は遥かに少なく、実用上十分に許容されるものである。

なお、図４においては、使用環境温度として、常温および高温の２つの使用環境温度が挙げられているが、常温よりも温度が低い所定の低温時（例えば、Ｔ_３〔℃〕）においても、この低温時におけるレンズ面１１ｂからの出射光の集光点が、直線２３上に位置されるようにしてもよい。なお、低温時におけるレンズ１１は、常温時におけるレンズ１１を基準とすれば、常温時からの熱収縮によって直径が小さくなるとともに、中心軸１２が常温時から熱膨張方向に相反する方向（図４における左方向）へと変位したものとなる。また、常温Ｔ_１〔℃〕、高温Ｔ_２〔℃〕および低温Ｔ_３〔℃〕以外の使用環境温度においても、各使用環境温度下におけるレンズ１１からの出射光の集光点が直線２３上に位置されるようにしてもよい。さらに言えば、レンズアレイ装置７の使用環境温度の変化にともなう各レンズ１１からの出射光の集光点の軌跡が、各レンズにそれぞれ対応する厚み方向に平行な直線２３上の線分をなすようにしてもよい。

したがって、本実施形態によれば、レンズアレイ８における各レンズ１１からの出射光の集光点を、複数の使用環境温度下において各レンズ１１に対応する直線２３上に位置させることができるので、使用環境温度の変化（例えば、常温Ｔ_１〔℃〕から高温Ｔ_２〔℃〕への変化）にかかわらずＶＣＳＥＬ１６と光ファイバ１９とを適切に光結合させることができる。

さらに、このような適切な光結合を行うことができるレンズアレイ装置７を、ＶＣＳＥＬ１６の位置がレンズ１１の中心軸１２から整列方向にずらされた簡易な構成によって低コストに実現することができる。

なお、図１〜図３に示したレンズアレイ８の替わりに、図５に示すような平凸レンズ２４を有するレンズアレイ２５を用いるようにしてもよい。なお、この場合に、レンズ２４における平坦面または凸面のいずれにＶＣＳＥＬ１６を対向させるかについては、コンセプトに応じて種々変更することができる。

（レンズアレイ装置の製造方法）
本実施形態におけるレンズアレイ装置を製造するには、まず、図６に示すように、本実施形態におけるレンズアレイ装置７の設計に用いられる設計用のレンズアレイ装置２７として、発光装置１０のＶＣＳＥＬ１６がレンズアレイ８におけるレンズ１１の中心軸１２上に形成されたレンズアレイ装置２７を用意する。このレンズアレイ装置２７は、設計上仮定されたものであってもよい。

このとき、設計用のレンズアレイ装置２７について、レンズアレイ８の材料の線膨脹係数αおよび屈折率温度依存係数ｄｎ／ｄＴを把握しておく。

次いで、所定の使用環境温度としての常温Ｔ_１〔℃〕において、レンズアレイ８にとられた整列方向に直交する１つの基準平面Ｓからの各レンズ１１（図６においては便宜上１個のみを図示）の中心軸１２の整列方向の距離Ｌ〔ｍｍ〕をそれぞれ求める。なお、基準平面Ｓは、レンズアレイ８における整列方向の中心部にとるようにしてもよい。

また、このとき、シミュレーションによって、各ＶＣＳＥＬ１６から各レンズ１１に入射した光についての各レンズ１１からの出射光の集光点Ｐ_１’を求める。なお、図６においては、この集光点Ｐ_１’の位置が、レンズ１１における光ファイバ１９側の焦点距離Ｆ〔ｍｍ〕として示されている。また、図６において、集光点Ｐ_１’は、光ファイバ１９の端面１９ａにおける中心点に位置されている。

次いで、設計用のレンズアレイ装置２７において、図７に示すように、使用環境温度が、常温Ｔ_１〔℃〕から高温Ｔ_２〔℃〕へと変化したと仮定する。

このとき、図７に示すように、常温時からの温度変化（Ｔ_２−Ｔ_１）にともなう基準平面Ｓからの各レンズ１１の中心軸１２の整列方向の距離の変化量ΔＬ〔ｍｍ〕を求める。この変化量ΔＬは、レンズアレイ８の材料の線膨脹係数αに基づいて求めることができる。

また、このとき、図７に示すように、常温時からの温度変化（Ｔ_２−Ｔ_１）にともなう各レンズ１１の集光点の位置の変化量を求める。なお、図７においては、常温時からの温度変化によって、集光点がＰ_１’からＰ_２’へと変化しているが、この集光点の位置の変化は、焦点距離の変化量ΔＦ〔ｍｍ〕として求められている。

次いで、図８に示すように、各レンズ１１のそれぞれについて、集光点の位置の変化量ΔＦ〔ｍｍ〕に相当する長さを有する厚さ方向に平行な第１の辺Ａと、レンズ１１の中心軸１２の距離の変化量ΔＬ〔ｍｍ〕に相当する長さを有する整列方向に平行な第２の辺Ｂとを二辺とした直角三角形を仮定する。そして、この直角三角形の斜辺Ｃと厚さ方向とのなす角度θ〔°〕を、各レンズ１１ごとに求める。

次いで、図９に示すように、各レンズ１１のそれぞれからの出射光Ｌ_１として、その出射方向が、厚さ方向に対して整列方向におけるレンズアレイ８の熱膨張方向と相反する方向（図９における左方）に向かって図８において求められた各レンズ１１ごとの角度θ〔°〕（すなわち、傾斜角度）を有するような出射光Ｌ_１を定義する。この出射光Ｌ_１としては、光の中心軸が出射側のレンズ１１ｂの曲率中心を通るものを定義してもよい。なお、この出射光Ｌ_１は、図４に示したレンズアレイ装置７の常温時における出射光Ｌ_１に相当する。

次いで、図１０に示すように、図９において定義した出射光Ｌ_１を出射させることが可能なＶＣＳＥＬ１６の位置を特定する物理量として、レンズ１１の中心軸１２からの整列方向へのＶＣＳＥＬ１６のずれ量〔ｍｍ〕を求める。このずれ量は、シミュレーションによって算出するようにしてもよいし、あるいは、レンズ１１の倍率をβとした上で、β×ΔＬによって近似的に求めるようにしてもよい。なお、β×ΔＬによってずれ量を求める場合において、レンズ１１の倍率が１倍の場合には、ずれ量は、ΔＬ〔ｍｍ〕となる。

そして、このようにして求められたずれ量のずれΔｄを有するように各ＶＣＳＥＬ１６を配置するとともに、光ファイバ１９の端面１９ａにおける中心部を出射光Ｌ_１の集光点Ｐ_１に合致させる設計を行うことによって、図４に示した本実施形態におけるレンズアレイ装置７を製造することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明に係るレンズアレイ装置の製造方法の第２実施形態について、図１１および図１２を参照して説明する。

なお、第１実施形態と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

（レンズアレイ装置の構成）
図１１は、本実施形態におけるレンズアレイ装置２９の要部として、図４と同様に、互いに対応する１組のレンズ１１、ＶＣＳＥＬ１６および光ファイバ１９のみに着目して具体的に示したものである。この図１１に示す構成は、すべての組のレンズ１１、ＶＣＳＥＬ１６および光ファイバ１９に適用されるものである。

図１１に示すように、本実施形態におけるレンズアレイ装置２９は、レンズアレイ３１におけるレンズ１１からの出射光（図１１におけるＬ_１、Ｌ_２）の出射方向が、厚さ方向に対する所定の傾斜角度として、出射光の集光点（図１１におけるＰ_１、Ｐ_２）が、互いに異なる複数の使用環境温度（図１１におけるＴ_１、Ｔ_２〔℃〕）下において、厚さ方向に平行な所定の直線２３上に位置されるような傾斜角度θ〔°〕を有する点で、第１実施形態と同様である。

ただし、本実施形態におけるレンズアレイ装置２９は、このような出射光の出射方向の傾斜角度θ〔°〕を実現させるためのより具体的な手段において、第１実施形態に対して若干の相違点を有している。

すなわち、本実施形態においては、図１１に示すように、入射側のレンズ面１１ａの中心軸１２ａと出射側のレンズ面１１ｂの中心軸１２ｂとの間に整列方向の所定量のずれΔｄ〔ｍｍ〕を有するように形成されていることによって、出射光の出射方向が傾斜角度θ〔°〕を有するように形成されている。なお、図１１においては、出射側のレンズ面１１ｂの中止軸１２ｂにＶＣＳＥＬ１６が位置され、入射側のレンズ面１１ａの中心軸１２ａは、ＶＣＳＥＬ１６に対してずれΔｄを以て整列方向における左方（熱膨張方向に相反する方向）にずれている。

そして、図１１に示すように、このように構成された本実施形態におけるレンズアレイ装置２９においても、複数の使用環境温度としての例えば常温時（Ｔ_１〔℃〕）と高温時（Ｔ_２〔℃〕）とにおいて、レンズ１１からの出射光Ｌ_１、Ｌ_２の集光点Ｐ_１、Ｐ_２を、厚さ方向に平行な所定の直線２３上に位置させることができる。

したがって、本実施形態においても、レンズアレイ３１における各レンズ１１からの出射光の集光点を、複数の使用環境温度下において各レンズ１１に対応する直線２３上に位置させることができ、使用環境温度の変化にかかわらず、ＶＣＳＥＬ１６と光ファイバ１９とを適切に光結合させることができる。

その他の構成は、第１実施形態とほぼ同様であるので、説明を省略する。

（レンズアレイ装置の製造方法）
本実施形態におけるレンズアレイ装置２９を製造するには、図６に示したように、第１実施形態に示したものと同様の設計用のレンズアレイ装置２７、すなわち、入射側のレンズ面１１ａの中心軸１２と出射側のレンズ面１１ｂの中心軸１２とが一致するような設計用のレンズアレイ８を備えたレンズアレイ装置２７を仮定する。

そして、このような設計用のレンズアレイ装置２７に対して、図６〜図９に示した工程を経た後に、図１２に示すように、図９の工程において求められた角度θ〔°〕を有するようにすることが可能な所定のずれ量〔ｍｍ〕を有する中心軸のずれΔｄを求める。なお、本実施形態においては、中心軸のずれΔｄとして、設計用のレンズアレイ８の中心軸１２に対する入射側のレンズ面１１ａの中心軸１２ａの整列方向へのずれΔｄを求める。

また、本実施形態におけるずれΔｄも、第１実施形態と同様にβ×ΔＬとして近似することができる。

そして、求められたずれΔｄを有するように、設計用のレンズアレイ８における入射側のレンズ面１１ａの中心軸１２と出射側のレンズ面１１ｂの中心軸１２との位置関係を修正することによって、両レンズ面１１ａ、１１ｂの中心軸間にずれΔｄを有するような本実施形態におけるレンズアレイ３１を設計する。そして、設計結果にしたがってレンズアレイ３１を形成することによって、本実施形態におけるレンズアレイ装置２９を製造する。

〔参考形態〕
以下、本発明に係るレンズアレイ装置の製造方法の参考形態について、図１３および図１４を参照して説明する。

なお、第１実施形態と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

（レンズアレイ装置の構成）
図１３は、本参考形態におけるレンズアレイ装置３３の要部として、図４と同様に、互いに対応する１組のレンズ１１、ＶＣＳＥＬ１６および光ファイバ１９のみに着目して具体的に示したものである。この図１３に示す構成は、すべての組のレンズ１１、ＶＣＳＥＬ１６および光ファイバ１９に適用されるものである。

図１３に示すように、本参考形態におけるレンズアレイ装置３３は、レンズアレイ３４におけるレンズ１１からの出射光（図１３におけるＬ_１、Ｌ_２）の出射方向が、厚さ方向に対する所定の傾斜角度として、出射光の集光点（図１３におけるＰ_１、Ｐ_２）が、互いに異なる複数の使用環境温度（図１３におけるＴ_１、Ｔ_２〔℃〕）下において、厚さ方向に平行な所定の直線２３上に位置されるような傾斜角度θ〔°〕を有する点で、第１実施形態および第２実施形態と同様である。

ただし、本参考形態におけるレンズアレイ装置３３は、このような出射光の出射方向の傾斜角度θ〔°〕を実現させるためのより具体的な手段において、第１実施形態および第２実施形態に対して若干の相違点を有している。

すなわち、本参考形態においては、図１３に示すように、レンズ１１の中心軸１２が、厚さ方向に対して傾斜角度θ〔°〕を有している。

そして、図１３に示すように、このように構成された本参考形態におけるレンズアレイ装置３３においても、複数の使用環境温度としての例えば常温時（Ｔ_１〔℃〕）と高温時（Ｔ_２〔℃〕）とにおいて、レンズ１１からの出射光Ｌ_１、Ｌ_２の集光点Ｐ_１、Ｐ_２を、厚さ方向に平行な所定の直線２３上に位置させることができる。

したがって、本参考形態においても、レンズアレイ３４における各レンズ１１からの出射光の集光点を、複数の使用環境温度下において各レンズ１１に対応する直線２３上に位置させることができ、使用環境温度の変化にかかわらず、ＶＣＳＥＬ１６と光ファイバ１９とを適切に光結合させることができる。

その他の構成は、第１実施形態とほぼ同様であるので、説明を省略する。

（レンズアレイ装置の製造方法）
本参考形態におけるレンズアレイ装置３３を製造するには、図６に示したように、第１実施形態に示したものと同様の設計用のレンズアレイ装置２７、すなわち、レンズ１１の中心軸１１が厚さ方向に平行とされた設計用のレンズアレイ８を備えたレンズアレイ装置２７を仮定する。

そして、このような設計用のレンズアレイ装置２７に対して、図６〜図９に示した工程を経た後に、図１４に示すように、レンズ１１の光軸１６が図９の工程において求められた角度θ〔°〕を有するように厚み方向に対するレンズ１１の中心軸１２の角度を修正することによって、本参考形態におけるレンズアレイ３４を設計する。そして、設計結果にしたがってレンズアレイ３４を形成することによって、本参考形態におけるレンズアレイ装置３３を製造する。

以上述べたように、本発明によれば、レンズアレイ８，３１，３４における各レンズ１１から出射される光の集光点が、複数の使用環境温度下において各レンズ１１に対応する直線２３上に位置するように形成されているので、使用環境温度の変化にかかわらず適切な光学性能を発揮することができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、前述した実施形態においては、レンズアレイ８に対する出射側の光学デバイスとして、光ファイバ１９を配置していたが、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、光ファイバ１９の替わりに、レンズ１１に対応する複数の受光素子を備えたフォトディテクタ等の受光装置を配置するようにしてもよい。このような場合においても、使用環境温度の変化にかからわず、発光装置１０と受光装置との光結合効率を良好に維持することができる。また、発光装置は、ＶＣＳＥＬ１６以外の発光素子が整列形成されたものであってもよい。

また、本発明の要部は、レンズアレイ装置以外の光学装置として、１つのレンズと、このレンズに対して厚さ方向において対向する位置に配置され、レンズに向かって光を出射する１つの発光素子が形成された発光装置とを備えた光学装置にも適用することができる。すなわち、このような光学装置において、レンズからの光の出射方向が、厚さ方向に対する所定の傾斜角度として、レンズから出射される光の集光点が、互いに異なる複数の使用環境温度下において、厚さ方向に平行な所定の直線上に位置されるような傾斜角度を有するように形成してもよい。このようにすれば、レンズアレイ装置と同様に、使用環境温度の変化にかかわらず適切な光学性能を発揮することができる。

本発明に係るレンズアレイ装置の第１実施形態を示す構成図 本発明に係るレンズアレイ装置の第１実施形態において、レンズアレイを示す平面図 本発明に係るレンズアレイ装置の第１実施形態において、レンズアレイを示す縦断面図 本発明に係るレンズアレイ装置の第１実施形態において、レンズアレイ装置の要部を説明するための説明図 図２とは異なるレンズアレイの形態を示す縦断面図 本発明に係るレンズアレイ装置の製造方法の第１実施形態において、設計用のレンズアレイ装置を用意する工程を説明するための説明図 本発明に係るレンズアレイ装置の製造方法の第１実施形態において、熱膨張にともなう中心軸および集光点の変位のシミュレーションの工程を説明するための説明図 本発明に係るレンズアレイ装置の製造方法の第１実施形態において、図７のシミュレーションから得られる傾斜角度の算出工程を説明するための説明図 本発明に係るレンズアレイ装置の製造方法の第１実施形態において、出射光の定義の工程を説明するための説明図 本発明に係るレンズアレイ装置の製造方法の第１実施形態において、発光部のずれを求める工程を説明するための説明図 本発明に係るレンズアレイ装置の第２実施形態において、レンズアレイ装置の要部を説明するための説明図 本発明に係るレンズアレイ装置の製造方法の第２実施形態において、レンズ面の中心軸のずれを求める工程を説明するための説明図 本発明に係るレンズアレイ装置の参考形態において、レンズアレイ装置の要部を説明するための説明図 本発明に係るレンズアレイ装置の製造方法の参考形態において、レンズ面の中心軸の角度の修正工程を説明するための説明図 従来のレンズアレイ装置の一例を示す構成図

符号の説明

７ レンズアレイ装置
８ レンズアレイ
１０ 発光装置
１１ レンズ
１２ 中心軸
１６ 垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）
１９ 光ファイバ

Claims (3)

1. 所定の整列方向に整列するように形成されるとともに、前記整列方向に直交する厚さ方向に所定の厚さを有するように形成された複数のレンズを有し、前記複数のレンズに入射した各レンズのそれぞれに対応する光を、各レンズによって所定の集光点に向かって出射させるレンズアレイと、このレンズアレイに対して前記厚さ方向において対向する位置に配置され、前記複数のレンズのそれぞれに向かって各レンズに対応する光をそれぞれ出射する前記レンズと同数の複数の発光素子が形成された発光装置とを備えたレンズアレイ装置の製造方法であって、
   前記複数のレンズのそれぞれからの光の出射方向が、前記厚さ方向に対する各レンズごとの所定の傾斜角度として、常温Ｔ _１ 〔℃〕および高温Ｔ _２ （＞Ｔ _１ ）〔℃〕の互いに異なる２つの使用環境温度に対応し、各レンズのそれぞれから出射される光の集光点が、Ｔ _１ 、Ｔ _２ の各温度下において、各レンズにそれぞれ対応する前記厚さ方向に平行な所定の直線上に位置されるような傾斜角度を有するように形成し、
   その際に、
   前記複数のレンズを、それぞれの中心軸が前記厚さ方向に平行になるように形成し、前記複数の発光素子を、前記複数のレンズのそれぞれの中心軸に対して前記整列方向にずれΔｄ _{（発光素子−レンズ）} 〔ｍｍ〕を有するように形成することによって、前記出射方向が前記傾斜角度を有するように形成し、
   その際に、
   前記レンズアレイの材料の線膨脹係数から、温度変化（Ｔ _２ −Ｔ _１ ）にともなう前記レンズアレイにおける前記整列方向に直交する基準平面からの前記複数のレンズのそれぞれの中心軸の距離の変化量ΔＬ〔ｍｍ〕を求め、
   前記ずれΔｄ _{（発光素子−レンズ）} を、次式、
   Δｄ _{（発光素子−レンズ）} ＝β×ΔＬ （１）
   但し、
   β：前記レンズの倍率
   によって求め、
   求められた前記ずれΔｄ _{（発光素子−レンズ）} を有するように各発光素子を配置すること
   を特徴とするレンズアレイ装置の製造方法。
2. 所定の整列方向に整列するように形成されるとともに、前記整列方向に直交する厚さ方向に所定の厚さを有するように形成された複数のレンズを有し、前記複数のレンズに入射した各レンズのそれぞれに対応する光を、各レンズによって所定の集光点に向かって出射させるレンズアレイと、このレンズアレイに対して前記厚さ方向において対向する位置に配置され、前記複数のレンズのそれぞれに向かって各レンズに対応する光をそれぞれ出射する前記レンズと同数の複数の発光素子が形成された発光装置とを備えたレンズアレイ装置の製造方法であって、
   前記複数のレンズのそれぞれからの光の出射方向が、前記厚さ方向に対する各レンズごとの所定の傾斜角度として、常温Ｔ _１ 〔℃〕および高温Ｔ _２ （＞Ｔ _１ ）〔℃〕の互いに異なる２つの使用環境温度に対応し、各レンズのそれぞれから出射される光の集光点が、Ｔ _１ 、Ｔ _２ の各温度下において、各レンズにそれぞれ対応する前記厚さ方向に平行な所定の直線上に位置されるような傾斜角度を有するように形成し、
   その際に、
   前記複数のレンズのそれぞれを、前記発光素子に臨む光の入射側のレンズ面と、この光の入射側のレンズ面に対向する光の出射側のレンズ面とを有するものに形成し、
   前記複数のレンズのそれぞれを、前記入射側のレンズ面の中心軸と前記出射側のレンズ面の中心軸との間に前記整列方向のずれΔｄ _{（入射側レンズ面−出射側レンズ面）} 〔ｍｍ〕を有するように形成することによって、前記出射方向が前記傾斜角度を有するように形成し、
   その際に、
   前記入射側のレンズ面の中心軸と前記出射側のレンズ面の中心軸との間に前記ずれΔｄ _{（入射側レンズ面−出射側レンズ面）} を有するような前記レンズアレイを設計するために用いるこのレンズアレイと同一の材料からなる設計用のレンズアレイとして、前記所定の整列方向に整列され、前記整列方向に直交する厚さ方向に所定の厚さを有するような複数のレンズを有し、各レンズのそれぞれにおける入射側のレンズ面の中心軸と出射側のレンズ面の中心軸とが互いに一致するような設計用のレンズアレイを仮定し、
   仮定された前記設計用のレンズアレイの材料の線膨脹係数から、温度変化（Ｔ _２ −Ｔ _１ ）にともなう前記設計用のレンズアレイにおける前記整列方向に直交する基準平面からの前記複数のレンズのそれぞれの中心軸の距離の変化量ΔＬ〔ｍｍ〕を求め、
   前記ずれΔｄ _{（入射側レンズ面−出射側レンズ面）} を、次式、
   Δｄ _{（入射側レンズ面−出射側レンズ面）} ＝β×ΔＬ （２）
   但し、
   β：前記レンズの倍率
   によって求め、
   求められた前記ずれΔｄ _{（入射側レンズ面−出射側レンズ面）} を有するように前記設計用のレンズアレイにおける前記入射側のレンズ面の中心軸と前記出射側のレンズ面の中心軸との位置関係を修正することによって、前記入射側のレンズ面の中心軸と前記出射側のレンズ面の中心軸との間に前記ずれΔｄ _{（入射側レンズ面−出射側レンズ面）} を有するような前記レンズアレイを設計し、設計結果にしたがってレンズアレイを形成すること
   を特徴とするレンズアレイ装置の製造方法。
3. 前記レンズアレイに対して前記複数のレンズからの光の出射側の位置に、各レンズのそれぞれから出射される光が入射される前記レンズと同数の複数本の光ファイバ、または各レンズのそれぞれから出射される光を受光する前記レンズと同数の複数の受光素子を備えた受光装置を配置すること
   を特徴とする請求項１または２に記載のレンズアレイ装置の製造方法。

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