JP5510883B2 - レンズアレイ - Google Patents

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Description

本発明は光学ガラスからなるレンズアレイに関する。詳細には、光インターコネクトにおいて、光インターコネクトの光接続部品用途に使用されるレンズアレイに関する。
近年、サーバ等の処理容量の増加、光回路の実装技術の向上、光素子および光部品の低コスト化等に伴い、インターコネクトの方式が電気から光へと移行しつつある。光インターコネクトにおいて、レンズアレイはレーザから出射された光を光ファイバに集光したり、光ファイバから出射される光をフォトダイオード等の光検出器へと集光する役割を持つ。レンズアレイは、基板上に単数または複数のレンズ部分が形成されてなるものである。具体的には、矩形基板上の略中央部に複数のレンズ部分が直線上に形成されてなるものが挙げられる。
前記用途に用いられるレンズアレイとして、従来は、光学ガラスに対してエッチング処理を施すことにより作製されたレンズアレイや、樹脂を射出成形することにより作製されたレンズアレイが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２０１６０９号公報
光学ガラスのエッチング処理により作製されるレンズアレイは、複数の工程を必要とし、作製時間が長いため、コストが非常に高いという問題がある。また、寸法精度が低くバラつきが大きいため、レンズ部分の形状が安定せず接続損失などの光学特性が低下するという問題もある。
樹脂の射出成形により作製されるレンズアレイの場合、ガラスほどの高い屈折率が得られず焦点距離が長くなる傾向がある。そのため、レンズアレイを含むモジュールの小型化が困難であるという問題がある。また、樹脂はガラスと比較して温度や湿度に対する耐性が低いため、高温多湿の環境による劣化が懸念され、長期の信頼性に欠けるという問題がある。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、屈折率が高く、耐環境性に優れ、高い寸法精度を有し、さらに低コストであるレンズアレイを提供することを目的とする。
本発明者等は鋭意検討した結果、高屈折率の光学ガラスを特定の工程を経て製造されたレンズアレイにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。
すなわち、本発明は、ガラス基板上に複数のレンズ部分が形成されてなるレンズアレイであって、屈折率ｎｄが１．７５以上である光学ガラスのモールドプレス成形体からなることを特徴とするレンズアレイに関する。
本発明のレンズアレイは、従来の光学ガラスのエッチングにより作製されたレンズアレイと比較して、目的とする形状のレンズアレイを寸法精度良く製造することが可能となる。特に、同一金型を用いることにより、寸法バラつきが小さく、安定した光学特性を有する高精度のレンズアレイを製造することが可能となる。さらに、研削工程や研磨工程を省略できるため、表面精度の高い（例えば、研磨等による線状溝の少ない）レンズアレイを短時間かつ容易に、しかも低コストで製造することができる。
また、本発明のレンズアレイは、屈折率ｎｄが１．７５以上と高屈折率の光学ガラスからなるため、レンズ部分の曲率半径を比較的大きく設計しても良好な集光能力を得ることが可能となる。また、同じ曲率半径であっても高屈折率ガラスの場合、焦点距離が短くなるため、レンズアレイを含むモジュールの小型化が可能になる。さらに、レンズ部分の曲率半径を大きくすることができれば、モールドプレス成形時の金型凹部におけるガラス充填不足が発生しにくく、所望の寸法を有するレンズアレイが得られやすい。また、レンズ部分にかかる金型とガラスの熱膨張差による歪みを低減でき、割れの発生も防止できる。
したがって、本発明によると、従来と同等の特性を有するレンズアレイを比較的容易に製造することが可能となる。
第二に、本発明のレンズアレイにおいて、レンズ部分の曲率半径は０．１０ｍｍ以上であることが好ましい。
第三に、本発明のレンズアレイにおいて、レンズ部分の直径は０．０５〜０．５ｍｍであることが好ましい。
レンズ部分の直径が０．０５ｍｍ以上であることにより、レンズ表面で光の反射ロスが発生しにくく、レーザまたは光ファイバから出射された光が効率良くレンズ部分に入射可能となる。また、レンズ部分の直径が０．５ｍｍ以下であることにより、微小なガラス基板上に多数のレンズ部分を形成することが可能となる。
第四に、本発明のレンズアレイは、レンズ部分の形状が非球面形状であることが好ましい。
レンズ部分の形状が非球面形状であることにより、レンズの周縁部を透過する光も効率よく集光することができる。よって、光インターコネクトにおいて光の結合効率をより一層向上させることが可能となる。
第五に、本発明のレンズアレイは、波長３８０〜１６００ｎｍにおける透過率が７０％以上であることが好ましい。
本発明のレンズアレイは、可視域〜赤外域の透過率が高いため、光の散乱や吸収によるロスが少なく集光効率が良好となり、光インターコネクトの光接続部品の用途に好適となる。
第六に、本発明のレンズアレイにおいて、光学ガラスとして、質量％で、Ｂ２Ｏ３ １〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜５５％、ＺｎＯ １〜５０％、Ｇｄ２Ｏ３ ０〜３５％、ＳｉＯ２ ０〜３０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜４０％、ＺｒＯ２ ０〜１５％、ＷＯ３ ０〜２５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜２５％の組成を含有するガラスを用いることが好ましい。
第七に、本発明のレンズアレイにおいて、光学ガラスとして、質量％で、Ｂ２Ｏ３ ０．１〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜５５％、ＺｎＯ ０〜１５％、ＴｅＯ２ ０．１〜３５％、ＷＯ３ ０．１〜４５％、ＳｉＯ２ ０〜２０％、ＺｒＯ２ ０〜１５％の組成を含有するガラスを用いることが好ましい。
第八に、本発明は、ガラス基板の表面にレンズ部分が形成されてなるレンズアレイの製造方法であって、屈折率ｎｄが１．７５以上である光学ガラスプリフォームを、レンズ部分を形成するための凹部を有する金型を用いてモールドプレス成形することを特徴とするレンズアレイの製造方法に関する。
（ａ）本発明のレンズアレイの一実施の形態を示す平面図である。（ｂ）本発明の一実施の形態を示す縦断面図である。 非球面形状レンズ部分の具体例を示す縦断面図である。
図１に本発明のレンズアレイの一実施の形態を示す。図１に示すように、本発明のレンズアレイ１は、ガラス基板２上に複数のレンズ部分３が例えば直線上に形成されてなるものである。
本発明のレンズアレイに用いられる光学ガラスは、屈折率ｎｄが１．７５以上、好ましくは１．８０以上、より好ましくは１．８５以上、さらに好ましくは１．９０以上である。光学ガラスの屈折率ｎｄが１．７５未満であると、所望の集光効率が得られにくく、焦点距離が長くなる傾向があるため、レンズアレイを含むモジュールの小型化が困難になる。なお、レンズ部分の曲率半径を小さく設計すれば、集光効率を向上させることも可能であるが、そのように曲率半径が小さいレンズ部分を精度良く製造することは困難である。
本発明における光学ガラスは、前記屈折率ｎｄを満たすものであれば特に限定されず、例えば、Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ−Ｌａ２Ｏ３系ガラス、ＴｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＷＯ３−Ｌａ２Ｏ３系ガラスなどがあげられる。なかでも、Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ−Ｌａ２Ｏ３系ガラスを用いることにより、高屈折率であり、かつ高温多湿環境下での耐久性が高く、長期信頼性の高いレンズアレイの提供が可能となる。なお、本発明において「〜系ガラス」とは、該当する成分を必須成分として含有するガラスをいう。
Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ−Ｌａ２Ｏ３系ガラスとしては、質量％で、Ｂ２Ｏ３ １〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜５５％、ＺｎＯ １〜５０％、Ｇｄ２Ｏ３ ０〜３５％、ＳｉＯ２ ０〜３０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜４０％、ＺｒＯ２ ０〜１５％、ＷＯ３ ０〜２５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜２５％の組成を含有するものが好ましい。各成分の含有量をこのように限定した理由を以下に示す。
Ｂ２Ｏ３はガラスの骨格成分であり、耐失透性の向上に効果がある。また、ガラスの軟化点を低下させることができる。さらに、Ｂ２Ｏ３はガラスの塩基性度を低下させる作用もあり、モールドプレス成形におけるガラスと金型の融着防止にも効果がある。Ｂ２Ｏ３の含有量は１〜４５％、好ましくは５〜４５％、より好ましくは８〜２９％、さらに好ましくは１０〜２４％、特に好ましくは１２〜２１％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が４５％を超えると、ガラスの化学的耐久性が低下し、耐候性が著しく悪化する傾向がある。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が１％より少ないと、ガラスの耐失透性が低下し、安定してガラスを得ることが困難となる傾向がある。
Ｌａ２Ｏ３は、ガラスの十分な作業温度範囲を確保するための成分であり、また屈折率を高める効果がある。さらに、ガラスの軟化点の上昇を抑え、また耐候性を向上させる効果もある。ただし、高屈折率を得るために多量に添加すると失透性が大きくなる傾向がある。Ｌａ２Ｏ３の含有量は１〜５５％、好ましくは５〜４０％、より好ましくは５〜２５％、さらに好ましくは７〜２４．５％、特に好ましくは９〜２４．２％である。Ｌａ２Ｏ３の含有量が５５％を超えると失透性が大きくなり、液相温度が上昇するため、作業性が大幅に低下する傾向がある。一方、Ｌａ２Ｏ３の含有量が１％より少ないと、屈折率が低下し、また耐候性が悪化する傾向がある。
ＺｎＯはガラスの屈折率および化学的耐久性を高め、かつ軟化点を低下させることができる成分である。また、Ｂ２Ｏ３とＬａ２Ｏ３を多量に含むガラスは失透しやすいが、ＺｎＯは当該失透を抑制する効果がある。ＺｎＯの含有量は１〜５０％、好ましくは１０〜４５％、より好ましくは１５．５〜３０％、さらに好ましくは１６〜２１％、特に好ましくは１６〜２０％である。ＺｎＯの含有量が５０％を超えるとガラスの分相傾向が強くなり、均質なガラスが得られにくくなる。一方、ＺｎＯの含有量が１％より少ないとガラスの屈折率が低下し、また失透抑制効果が得られず、液相温度が上昇し作業温度範囲を十分に確保できなくなる傾向がある。
Ｇｄ２Ｏ３はガラスの屈折率を高める成分である。Ｇｄ２Ｏ３を含有することにより、Ｌａ２Ｏ３の含有量を低減することができることから、結果として耐失透性の向上に効果がある。また、Ｇｄ２Ｏ３は耐失透性を向上させる効果があり、作業温度範囲を拡大することができる成分である。ただし、Ｇｄ２Ｏ３を多量に含有するとガラスの分相傾向が強くなり、均質なガラスが得られにくくなる。このような観点から、Ｇｄ２Ｏ３の含有量は０〜３５％、好ましくは０〜２５％、より好ましくは０．５〜２４％、さらに好ましくは１〜１５％、特に好ましくは２〜１０％、最も好ましくは３〜９．５％である。
ＳｉＯ２はガラスの骨格を構成する成分であり、耐失透性を向上させ、作業範囲を広げる効果がある。また、ガラスの耐候性を向上させる効果もある。ＳｉＯ２の含有量は０〜３０％、好ましくは０〜２０％、より好ましくは１〜１５％、さらに好ましくは２〜１０％である。ＳｉＯ２の含有量が３０％を超えるとガラスの屈折率が著しく低下したり、軟化点が６５０℃を超えモールドプレスが困難になる可能性がある。
Ｌｉ２Ｏはガラスの軟化点を低下させるための成分である。Ｌｉ２Ｏの含有量は０〜１０％、好ましくは０．１〜５％、より好ましくは０．５〜４％である。Ｌｉ２Ｏの含有量が１０％を超えると、ガラスの液相温度が著しく上昇して作業温度範囲が狭くなり、量産性に悪影響を与える傾向がある。また、ガラスの耐候性が著しく悪化する傾向がある。
Ｔａ２Ｏ５はガラスの屈折率、化学的耐久性および耐失透性を高める効果がある。Ｔａ２Ｏ５の含有量は０〜４０％、好ましくは０〜２０％、より好ましくは０．５〜１５％、さらに好ましくは１〜１０％である。Ｔａ２Ｏ５の含有量が４０％を超えると、逆に失透しやすくなり、またコストが高くなる傾向がある。
ＺｒＯ２はガラスの屈折率を高める成分である。また、中間酸化物としてガラスを形成するため、耐失透性と化学的耐久性を向上させる効果もある。ただし、ＺｒＯ２の含有量が多すぎるとガラスの軟化点が上昇し、モールドプレス成形性が悪化する傾向がある。このような観点から、ＺｒＯ２の含有量は０〜１５％、好ましくは０．５〜１０％、より好ましくは１〜８％である。
ＷＯ３はガラスの屈折率を高める効果がある。また、中間酸化物としてガラスを形成するため、耐失透性を向上させる効果もある。ＷＯ３の含有量は０〜２５％、好ましくは０〜１０％、より好ましくは０〜５％、さらに好ましくは０．５〜４％、特に好ましくは１〜３．５％である。ＷＯ３の含有量が２５％を超えるとガラスが着色して透過率が低下してしまい、所望の光学特性を得ることが困難となる。
ＷＯ３はガラスの屈折率を高める効果がある。また、中間酸化物としてガラスを形成するため、耐失透性を向上させる効果もある。ＷＯ３の含有量は０〜２５％、０〜１０％、０〜６％、０〜５％、１〜５％、１．５〜４％、０．５〜４％、１〜３．５％、特に２〜３．５％であることが好ましい。ＷＯ３の含有量が２５％を超えるとガラスが着色して透過率が低下してしまい、所望の光学特性を得ることが困難となったり、プレスを行う場合にガラスと金型の融着を引き起こす場合がある。
Ｎｂ２Ｏ５はガラスの屈折率を高める成分である。Ｎｂ２Ｏ５の含有量は０〜２５％、好ましくは０〜１５％、より好ましくは０．５〜１０％、さらに好ましくは１〜８％である。Ｎｂ２Ｏ５の含有量が２５％を超えるとガラスの可視光透過率が低下してしまい、所望の光学特性を得ることが困難となる。
また、上記成分以外にも種々の成分、例えばＹ２Ｏ３やＳｂ２Ｏ３等を本発明のガラスの特性を損なわない範囲で添加することが可能である。
Ｙ２Ｏ３はアッベ数を低下することなく屈折率を高める成分であり、Ｌａ２Ｏ３との置換により耐失透性を改善することができる。Ｙ２Ｏ３の含有量は０〜１５％、好ましくは１〜１０％、より好ましくは２〜８％である。Ｙ２Ｏ３の含有量が１５％を超えると失透しやすくなり、作業温度範囲が狭くなる傾向がある。
Ｓｂ２Ｏ３は清澄剤としての添加される成分である。Ｓｂ２Ｏ３の含有量は０〜１％、好ましくは０．１〜０．５％である。Ｓｂ２Ｏ３の含有量が１％を超えると、ガラスが着色し透過率が低下する傾向がある。
なお、Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ−Ｌａ２Ｏ３系ガラスのより好ましい組成範囲としては、質量％で、Ｂ２Ｏ３ ５〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜２５％、ＺｎＯ １０〜４５％、Ｇｄ２Ｏ３ ０〜２５％、ＳｉＯ２ ０〜２０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜２０％、ＺｒＯ２ ０〜１５％、ＷＯ３ ０〜５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１５％を含有するものが挙げられる。
ＴｅＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＷＯ３−Ｌａ２Ｏ３系ガラスとしては、Ｂ２Ｏ３ ０．１〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ５〜５５％、ＺｎＯ ０〜１５％、ＴｅＯ２ ０．１〜３５％、ＷＯ３ ０．１〜４５％、ＳｉＯ２ ０〜２０％、ＺｒＯ２ ０〜１５％の組成を含有するものが挙げられる。各成分の含有量をこのように限定した理由を以下に示す。
Ｂ２Ｏ３はガラスを安定化させる成分である。Ｂ２Ｏ３の含有量は０．１〜４５％、好ましくは４〜４５％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が０．１％未満であると、前記効果が得られにくい。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が４５％を超えると、ガラスの屈折率が低下しやすくなる。
Ｌａ２Ｏ３はガラスの骨格を形成する成分であり、屈折率を向上させる成分である。Ｌａ２Ｏ３の含有量は５〜５５％、好ましくは１０〜５０％、より好ましくは１５〜４０％である。Ｌａ２Ｏ３の含有量が５％未満であると、十分な屈折率が得られない傾向がある。一方、Ｌａ２Ｏ３の含有量が５５％を超えると、ガラスが不安定になる傾向がある。
ＺｎＯはガラスを熱的に安定化させる成分である。ＺｎＯの含有量は０〜１５％、好ましくは０．１〜１０％、より好ましくは１〜５％である。ＺｎＯの含有量が１５％を超えるとガラス化を顕著に妨げる傾向がある。
ＴｅＯ２は高屈折率のガラスを得るのに有効な成分であり、またガラス転移点Ｔｇを下げる成分でもある。ＴｅＯ２の含有量は０．１〜３５％、好ましくは５〜３０％、より好ましくは１０〜２５％である。ＴｅＯ２の含有量が０．１％未満であると、前記効果が得られにくい。一方、ＴｅＯ２の含有量が３５％を超えると、モールドプレス成形時の金型劣化が激しくなる傾向がある。
ＷＯ３は屈折率を高めるとともに、ガラスを安定化させる成分である。ＷＯ３の含有量は０．１〜４５％、好ましくは１〜４０％、より好ましくは５〜４０％である。ＷＯ３の含有量が０．１％未満であると、前記効果が得られにくい。一方、ＷＯ３の含有量が４５％を超えると、ガラスが熱的に不安定になる傾向がある。
ＳｉＯ２はガラスを安定化させる成分である。ＳｉＯ２の含有量は０〜２０％、好ましくは０．１〜１０％である。ＳｉＯ２の含有量が２０％を超えると、ガラスが熱的に不安定になる傾向がある。
ＺｒＯ２はガラスの屈折率を高める成分である。ＺｒＯ２の含有量は０〜１５％、好ましくは０．１〜１０％である。ＺｒＯ２の含有量が１５％を超えると、ガラス化を顕著に妨げる傾向がある。
また、上記成分に加えて、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５等を、本発明の特性を損なわない程度で含有することができる。具体的には、これらの成分を合量で０〜３０％、好ましくは１〜２０％の範囲で含有することができる。
本発明における光学ガラスのガラス転移点Ｔｇは、モールドプレス成形が容易に行える点で、好ましくは６５０℃以下、より好ましくは６４０℃以下、さらに好ましくは６３０℃以下である。
本発明のレンズアレイにおいて、レンズ部分の曲率半径（中心曲率半径）は、好ましくは０．１０ｍｍ以上、より好ましくは０．１５ｍｍ以上、さらに好ましくは０．１８ｍｍ以上、さらに好ましくは０．２０ｍｍ以上、さらに好ましくは０．２５ｍｍ以上である。レンズ部分の曲率半径が０．１０ｍｍ未満であると、モールドプレス成形時の金型凹部におけるガラス充填不足が発生しやすく、所望の寸法を有するレンズアレイが得られにくい。また、金型とガラスの熱膨張差により、レンズ部分に歪がかかり割れが発生しやすくなる。レンズ部分の曲率半径の上限については特に限定されるものではないが、大きすぎるとレンズとしての機能を果たさなくなる（集光機能を有さない）ため、１ｍｍ以下、さらには０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
また、レンズ部分の直径は、好ましくは０．０５〜０．５ｍｍ、より好ましくは０．１〜０．４ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜０．３ｍｍ、である。レンズ部分の直径が０．０５ｍｍ未満であると、レーザまたは光ファイバから出射された光が全てレンズ部に入射されず、光損失となったり、入射しなかった光がケラレとして周辺の光学系に影響する傾向がある。一方、レンズ部分の直径が０．５ｍｍより大きいと、微小なガラス基板上に多数のレンズ部分を形成することが困難となる。
レンズ部分が球面形状であると、レンズ周縁付近を透過する光が中心光軸上に集光できない場合がある。レンズアレイでは、基板上に複数のレンズ部分が近接して並んでいるため、透過光が中心光軸上から外れた場所に散乱すると、近接する他の光学系に悪影響を与えるおそれがある。レンズ部分の形状が非球面形状であれば、レンズの周縁付近を透過する光も精度良く中心光軸上に集光することが可能となり、光の結合効率を向上させることできる。
非球面形状としては、例えば、縦断面形状が２次曲線であるものが挙げられる。具体的には、レンズ部分の光軸を３軸直交ＸＹＺ座標系のＺ軸と一致させたときに、一般に下記数１の一連の式（１）にて表されるレンズ形状が挙げられる。ここで、ｋは２次曲線の形状を決めるコーニック係数、ｃは中心曲率（Ｒは中心曲率半径）である。非球面形状レンズ部分の具体例を図２に示す。
レンズ形状が数１の一連の式（１）によって表されるレンズアレイにおいて、コーニック係数ｋが、−１＜ｋ＜０、特に−１＜ｋ＜−０．７の範囲を満たすことにより、レンズ形状が回転楕円面の非球面形状となり、レンズの周辺部を透過する光を精度良く中心光軸上に集光することが可能となる。
本発明のレンズアレイは、波長３８０〜１６００ｎｍにおける透過率（特に、レンズ部分）が好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上、最も好ましくは９９％以上である。波長３８０〜１６００ｎｍにおける透過率７０％未満であると、光の散乱や吸収によるロスが大きくなり集光効率に劣る傾向がある。
また、本発明のレンズアレイをフォトダイオード等の光検出器に紫外線硬化樹脂を用いて接着する場合、レンズアレイを介して紫外光が紫外線硬化樹脂に照射される。したがって、レンズアレイの紫外域の透過率が高いほど、紫外線硬化樹脂への光照射量が多くなり硬化しやすくなるため好ましい。具体的には、本発明のレンズアレイは、波長３３０〜３８０ｎｍにおける透過率が７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上、特に好ましくは９９％以上である。
なお、本発明においてレンズアレイの透過率は、反射を含まない分光透過率であり、レンズアレイに光線を入射した際の入射光に対する透過光の割合をいう。
ところで、本発明のレンズアレイは、表面に線状突起部が形成されている場合がある。これは、金型表面に形成された研磨傷等がモールドプレス成形時にガラス表面に転写されてできたものであると考えられ、モールドプレス成形により製造されたレンズアレイの特徴とも言える。
次に本発明のレンズアレイの製造方法について説明する。
まず、所望の組成を有するように調合したガラス原料を溶融し、溶融ガラスとする。次に、溶融ガラスをインゴットに成形して硝材を得る。さらに、得られた硝材を切断、研磨して所望のガラスプリフォームを作製する。最後に、当該ガラスプリフォームを、レンズ部分を形成するための複数の凹部を有する金型を用いて、ガラスの軟化点以上の温度でモールドプレス成形し、所定形状のレンズアレイを得る。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
Ｂ２Ｏ３ ２０％、Ｌａ２Ｏ３ ２５％、ＺｎＯ ２０％、Ｇｄ２Ｏ３ １０％、ＳｉＯ２ ５％、Ｌｉ２Ｏ １％、Ｔａ２Ｏ５ ７％、ＺｒＯ２ ５％、ＷＯ３ ２％、Ｎｂ２Ｏ５ ５％の組成になるようにガラス原料を調合し、白金ルツボを用いて１３００℃で２時間溶融した。溶融後、融液をインゴット状に成形し、アニールを行った。得られたインゴットについて屈折率ｎｄを測定したところ１．８０６であった。
インゴットを所望の寸法に切断および研磨を行いプレス用のプリフォームを作製した。プリフォームを金型内に充填し、真空雰囲気にて、ガラスの軟化点付近まで加熱、レンズ形状が形成されるまで圧力を印加しモールドプレス成形を行った。プレス成形後、室温まで徐冷し、図１に示すような、矩形基板上の略中央部に１２個のレンズ部分が直線上に配列されたレンズアレイを得た。プレス時のレンズ部分の充填不足や割れなどの不良は発生しなかった。なお、得られたレンズアレイの表面には複数の線状突起部が形成されていることが確認された。
作製したレンズアレイの形状、寸法は次の通りであった。
基板寸法：２．５×３．３×０．５ｍｍ
レンズ部分（平均値）：曲率半径０．２０１ｍｍ、直径０．２２７ｍｍ
高さ０．０３５ｍｍ
ここで、レンズ部分の高さのバラつき（１２箇所のうち、最大値と最小値の差）は０．０１ｍｍ以下であった。また作製した１０個のレンズアレイにおいて、同一位置のレンズ部分高さを比較したところ、そのバラつきは０．０１ｍｍ以下であった。
得られたレンズアレイを用いて光線追跡調査（面発光レーザから放射状に出射された光をレンズアレイにより集光させ、対向する光ファイバへ入射する光量を測定）を行った結果、集光能力はほぼ１００％であった。また、作製したレンズアレイを８５℃、８５％ＲＨの環境下に１０００時間静置したが、表面にヤケなどの変質は起きなかった。
（実施例２）
Ｂ２Ｏ３ ５％、Ｌａ２Ｏ３ ４０％、ＴｅＯ２ ２０％、ＷＯ３ ３５％の組成になるようにガラス原料を調合し、白金ルツボを用いて１０８０℃で２時間溶融した。溶融後、融液をインゴットに成形、更にアニールを行った。得られたインゴットについて屈折率ｎｄを測定したところ１．９７０であった。
インゴットを所望の寸法に切断および研磨を行いプレス用のプリフォームを作製した。プリフォームを金型内に充填し、真空雰囲気にてガラスの軟化点付近まで加熱し、レンズ形状が形成されるまで圧力を印加しモールドプレス成形を行った。プレス成形後、室温まで徐冷し、図１に示すような、矩形基板上の略中央部に１２個のレンズ部分が直線上に配列されたレンズアレイを得た。プレス時のレンズ部分の充填不足や割れなどの不良は発生しなかった。なお、得られたレンズアレイの表面には複数の線状突起部が形成されていることが確認された。
作製したレンズアレイの形状、寸法は次の通りであった。
基板寸法：２．５×３．３×０．５ｍｍ
レンズ部分（平均値）：曲率半径０．２２６ｍｍ、直径０．２２５ｍｍ
高さ０．０３ｍｍ
ここで、レンズ部分の高さのバラつき（１２箇所のうち、最大値と最小値の差）は０．０１ｍｍ以下であった。また作製した１０個のレンズアレイにおいて、同一位置のレンズ部分高さを比較したところ、そのバラつきは０．０１ｍｍ以下であった。
得られたレンズアレイを用いて実施例１と同様にして光線追跡調査を行った結果、集光能力はほぼ１００％であった。また、作製したレンズアレイを８５℃、８５％ＲＨの環境下に１０００時間静置したが、表面にヤケなどの変質は起きなかった。
（実施例３）
実施例１のガラスを用い、同一条件でプレス成形を行った。この際、非球面形状のレンズ部分が形成されるよう、レンズ部分に対応する箇所が非球面形状に加工された金型を使用した。
作製したレンズアレイの形状、寸法は次の通りであった。
基板寸法：１．０×５．０×０．３７ｍｍ
レンズ部分（平均値）：中心曲率半径０．１６５ｍｍ、直径０．１２５ｍｍ
高さ０．０４５ｍｍ
コーニック係数ｋ：−０．７９０
ここで、レンズ部分の高さのバラつき（１２箇所のうち、最大値と最小値の差）は０．０１ｍｍ以下であった。また作製した１０個のレンズアレイにおいて、同一位置のレンズ部分高さを比較したところ、そのバラつきは０．０１ｍｍ以下であった。
得られたレンズアレイを用いて光線追跡調査（面発光レーザから放射状に出射された光をレンズアレイにより集光させ、対向する光ファイバへ入射する光量を測定）を行った結果、集光能力はほぼ１００％であった。また、作製したレンズアレイを８５℃、８５％ＲＨの環境下に１０００時間静置したが、表面にヤケなどの変質は起きなかった。
以上説明したように、本発明のレンズアレイは低コストでありながら高い寸法精度と集光性能を有し、かつ耐環境性にも優れている。したがって、光インターコネクトの光接続部品の用途に好適である。
１ レンズアレイ
２ ガラス基板
３ レンズ部分
Ｄ レンズ部分の直径
Ｈ レンズ部分の高さ

Claims (6)

  1. ガラス基板の表面にレンズ部分が形成されてなるレンズアレイであって、質量％で、Ｂ２Ｏ３ １〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ７〜５５％、ＺｎＯ １〜５０％、Ｇｄ２Ｏ３ ０〜３５％、ＳｉＯ２ ０〜３０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜４０％、ＺｒＯ２ ０〜１５％、ＷＯ３ ０〜２５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜２５％の組成を含有し、屈折率ｎｄが１．８０以上である光学ガラスのモールドプレス成形体からなることを特徴とするレンズアレイ。
  2. レンズ部分の曲率半径が０．１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のレンズアレイ。
  3. レンズ部分の直径が０．０５〜０．５ｍｍであ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。
  4. レンズ部分の形状が非球面形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレンズアレイ。
  5. 波長３８０〜１６００ｎｍにおける透過率が７０％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレンズアレイ。
  6. ガラス基板の表面にレンズ部分が形成されてなるレンズアレイの製造方法であって、質量％で、Ｂ２Ｏ３ １〜４５％、Ｌａ２Ｏ３ ７〜５５％、ＺｎＯ １〜５０％、Ｇｄ２Ｏ３ ０〜３５％、ＳｉＯ２ ０〜３０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜４０％、ＺｒＯ２ ０〜１５％、ＷＯ３ ０〜２５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜２５％の組成を含有し、屈折率ｎｄが１．８０以上である光学ガラスプリフォームを、レンズ部分を形成するための凹部を有する金型を用いてモールドプレス成形することを特徴とするレンズアレイの製造方法。
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