JPH09281302A - 反射面付き平板マイクロレンズアレイおよびその製造方法 - Google Patents

反射面付き平板マイクロレンズアレイおよびその製造方法

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JPH09281302A
JPH09281302A JP9497296A JP9497296A JPH09281302A JP H09281302 A JPH09281302 A JP H09281302A JP 9497296 A JP9497296 A JP 9497296A JP 9497296 A JP9497296 A JP 9497296A JP H09281302 A JPH09281302 A JP H09281302A
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JP
Japan
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substrate
flat plate
optical axis
microlens
plate microlens
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JP9497296A
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Yukihisa Kusuda
幸久 楠田
Akimitsu Sato
昭光 佐藤
Masahiro Oikawa
正尋 及川
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学特性に影響を与えることなく光路長を変
えることのできる平板マイクロレンズを提供する。 【解決手段】 ガラス基板100内に、マイクロレンズ
101を一体形成し、基板裏面を光軸に対して角度θの
傾きを持つ鏡面とする。平板マイクロレンズの周囲を大
気とし、基板の屈折率を1より大きい実数nとした時
に、角度θが入射光を全反射する条件θ=COS-1(1
/n)を満たす角度である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、平板マイクロレン
ズ、特に反射面を有する平板マイクロレンズおよびその
製造方法に関するものである。さらには、このような平
板マイクロレンズを実装した光接続装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】平板マイクロレンズは、ガラス基板表面
に微小レンズ(マイクロレンズ)が埋込まれたレンズで
ある。このような平板マイクロレンズは、図1に示すよ
うに、ガラス基板100上に開口部103を有するイオ
ン交換保護マスク102を設け、溶液中に浸漬する。保
護マスクの開口部からガラス内部のイオンB(例えば、
K,Na)と外部溶液中に含まれるイオンA(例えば、
Tl)とを交換することによりマイクロレンズ101が
形成される。ガラス内部にイオンAが入ることで屈折率
が上昇し、かつその拡散が半球状になることでレンズと
しての機能を果たす。すなわち、マイクロレンズは、基
板面法線方向に光軸を持ち、かつ光軸方向および光軸に
直交する方向に向けてなだらかに変化する屈折率勾配を
もつレンズである。
【0003】イオン交換保護マスク102はホトリソグ
ラフィー法により形成されるので、2次元的に多数のレ
ンズを配列させることができる。この様子を図2に示
す。ガラス基板100上にマイクロレンズ101が多数
配列されている。
【0004】図3に平板マイクロレンズを用いた光接続
装置の一例を示す。この光接続装置は、例えば1次元に
配列された複数本の光ファイバ200からの光を、複数
個のマイクロレンズが1次元に配列された平板マイクロ
レンズ100により、1次元に配列されたホトダイオー
ド300に集光し、電気信号に変換する装置である。ホ
トダイオード列は直方体のセラミクス400上に設けら
れており、別体の直方体のセラミクス401上にはプリ
アンプ301が設けられている。
【0005】この光接続装置では、光ファイバ200,
マイクロレンズ101,ホトダイオード300が1つの
光軸上に配列されている。したがってホトダイオード3
00とプリアンプ301との電気的接続は、次のように
して形成されている。ホトダイオード300からの出力
はボンディングワイヤ405を通って、セラミクス40
0上の配線403に接続される。配線403はまたボン
ディングワイヤ406を介して、プリアンプ301が載
っている基板401上の配線404に接続される。配線
404とプリアンプ301との接続は、ボンディングワ
イヤ407によってなされる。
【0006】以上のような構成の光接続装置では、光フ
ァイバ200から出た光はレンズ101を通って集光さ
れ、ホトダイオード300に入射される。ホトダイオー
ド300は、入射した光を電気信号に変換する。電気信
号は、ワイヤ405,配線403,ワイヤ406,配線
404,ワイヤ407を経てプリアンプ301に送られ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図3に示した従来の光
接続装置では、ホトダイオード300からプリアンプ3
01への配線403が図3に示したように直角に曲がる
ため、インダクタンス成分が発生する。このため高速特
性が劣化するという問題があった。
【0008】また、平板マイクロレンズ内における光路
長を変えるには、平板マイクロレンズの厚さを変える必
要があるが、厚さを変えると光学特性に影響を与えると
いう問題がある。
【0009】また、平板マイクロレンズは1枚の平板で
あるから、実装に際し他の部品に当接させることは難し
いので位置決めが困難であるという問題がある。
【0010】本発明の目的は、上述のような問題を解決
した平板マイクロレンズを提供することにある。
【0011】本発明の他の目的は、上記平板マイクロレ
ンズの製造方法を提供することにある。
【0012】本発明のさらに他の目的は、上記平板マイ
クロレンズを用いた光接続装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、透明基
板内に、この基板面法線方向に光軸を持ち、かつ光軸方
向および光軸に直交する方向に向けてなだらかに変化す
る屈折率勾配をもつレンズを一体形成した平板マイクロ
レンズにおいて、レンズの作成された面を基板表面、そ
の反対側の面を基板裏面とすると、基板裏面が、光軸に
沿った基板表面からの入射光を光軸の方向以外の方向へ
反射する構造を持つことを特徴とする。
【0014】反射構造としては、基板裏面を光軸に対し
て角度θの傾きを持つ鏡面とし、鏡面で全反射するよう
に角度θを選定した。
【0015】あるいはまた、反射構造として、基板裏面
に高反射率を有する金属薄膜を設けても良い。
【0016】このような平板マイクロレンズは、平行平
面を有する透明基板の表面にイオン拡散により屈折率分
布型レンズを一体形成する工程と、基板表面に補強板を
接着剤で接着する工程と、透明基板の裏面にV型の溝を
適当な間隔で切削加工する工程と、V型溝の片面を含む
平板マイクロレンズに分離するようにU型の溝を切削加
工する工程と、分離された平板マイクロレンズを、前記
補強板から脱離する工程とにより製造される。
【0017】また本発明の光接続装置は、光ファイバ
と、光ファイバからの出射光を基板表面より入射し、基
板裏面で反射させて出射する平板マイクロレンズと、同
一基板上に設けられた、前記平板マイクロレンズからの
出射光を受光する光電変換器および光電変換器にボンデ
ィングワイヤにより接続された増幅器とを備えている。
【0018】
【発明の実施の形態】図4(a),(b)に、本発明の
平板マイクロレンズの斜視図,断面図を示す。この平板
マイクロレンズ104は、透明基板、例えばガラス基板
100内にマイクロレンズ101が作成された面を基板
表面500とし、その反対側の面を基板裏面とした場合
に、この基板裏面501は、マイクロレンズ101の光
軸に対しθの傾きをなす斜面とする。そして基板裏面5
01は、光軸に沿った基板表面からの入射光を光軸の方
向以外の表面502へ反射する構造を持つようにする。
構造は、一例として鏡面よりなる全反射面とする。ま
た、表面502は基板表面500に対し直交している。
【0019】反射面501がマイクロレンズ101の光
軸に対してなす角度θは、平板マイクロレンズの周囲を
大気とし、ガラス基板の屈折率を1より大きい実数nと
したときに、入射光を全反射する条件θ=COS-1(1
/n)を満たす角度となるように選定する。
【0020】図5に、この反射面付き平板マイクロレン
ズを実装した光接続装置を示す。光接続装置は、1次元
に配列された複数本の光ファイバ200と、反射面付き
平板マイクロレンズ104と、ホトダイオード300お
よびプリアンプ301とが設けられた1つの基板400
とから構成されている。ホトダイオード300およびプ
リアンプ301は、マイクロレンズ101の個数に相当
する個数だけ1次元に配列されている。
【0021】反射面付き平板マイクロレンズ104は、
マイクロレンズ101を光ファイバ200側に向けて配
置されている。ホトダイオード300の受光面は、平板
マイクロレンズの面502から出射した光が集束する位
置に設けられている。また、ホトダイオード300は、
ボンディングワイヤ408によりプリアンプ301に接
続されている。
【0022】このような構造の光接続装置において、光
ファイバ200から出射した光Lは、マイクロレンズ1
01を通って集光され、裏面に設けられた反射面501
で全反射して角度を曲げられ、平板マイクロレンズ10
4の面502から出射し、基板400上に設けられたホ
トダイオード300の受光面に入射する。このホトダイ
オードからの出力はボンディングワイヤ408を経てプ
リアンプ301に送られる。
【0023】この光接続装置では、ホトダイオードとプ
リアンプとの間の距離は、図3に示した従来の光接続装
置に比べてかなり短く、かつ曲がった配線がないことか
らインダクタンス成分も少なく、高速動作を期待でき
る。
【0024】以上の光接続装置ではマイクロレンズ10
1を光ファイバ側に向けた場合を例示したが、これと反
対にレンズ101をホトダイオード側に向けても良い。
図6は、その平板マイクロレンズを実装した光接続装置
を示す。
【0025】次に、反射面501を鏡面とする平板マイ
クロレンズの製造方法を図7,図8を参照して説明す
る。マイクロレンズ101が形成されたガラス基板10
5を補強板110に接着剤で接着する。この状態で、ガ
ラス基板の裏面に反射面を形成する。これは、基板裏面
にスライシング等の切削加工技術を用いて、適当な刃
厚,刃先の角度を選定して、所望の角度のV型の溝を適
当な間隔で作製することにより行われる。
【0026】具体的には、図7に示すように、ガラス基
板105に形成する反射面501の角度に合わせた研削
歯600で反射面を削り出す。この際、研削歯の面の選
択によって反射面を鏡面とすることが可能である。この
後、別の研削歯で平板マイクロレンズ104を分離す
る。即ち図8に示すように平板マイクロレンズの分離の
ための切削を行う。切削溝700の面は光は通らないの
で粗い面でよく、切削溝701の面は光が通過するので
鏡面である必要がある。この様な要請に従って切削歯の
仕様を選択する。通常、鏡面仕上げを行おうとすると、
切錯歯が軟かくなり、歯の寿命が著しく短くなる。従っ
て、粗い仕上げである程度切削を行い、最後に鏡面仕上
げ用の切削を追加するという方法も可能である。
【0027】分離された平板マイクロレンズ104は、
補強板110より脱離されて、図4の構造の平板マイク
ロレンズが得られる。
【0028】以上の平板マイクロレンズは、反射面を鏡
面とし、光を全反射させているが、鏡面501上に金属
薄膜を設け反射させることができる。この場合には、全
反射とは異なり角度θに制限はない。なお、金属薄膜と
しては、Al等の高反射率を有する金属薄膜を使用す
る。
【0029】さて、本発明の平板マイクロレンズによれ
ば、平板マイクロレンズ内における光路長は、基板裏面
の切削量を調整することで変えることができるので、従
来の平行平板型の平板マイクロレンズに比べて、光学特
性に影響を与えることなく、光路長を変えることができ
る。
【0030】また、基板裏面に金属薄膜を設けた構造の
平板マイクロレンズでは、実装置に基板裏面を他の部品
に当接して位置決めが可能となるので、位置決め精度を
高めることができる。
【0031】さらに実施例の光接続装置では、301は
プリアンプとして例示したが、本発明はこれに限らずホ
トダイオードにバイアス等を印加する駆動回路であって
も良い。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の平板マイ
クロレンズによれば、光学特性に影響を与えることな
く、光路長を変えることのできる平板マイクロレンズが
得られる。
【0033】また基板裏面に金属薄膜を設けて反射面と
した構造の平板マイクロレンズでは、実装時の位置決め
精度を高めることができる。
【0034】さらに本発明の平板マイクロレンズを実装
した光接続装置では、高速動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の平板マイクロレンズの製造法を示す図で
ある。
【図2】従来の平板マイクロレンズの構造を示す図であ
る。
【図3】従来の光接続装置を示す図である。
【図4】本発明に係る反射面付き平板マイクロレンズを
示す図である。
【図5】図4の構造の平板マイクロレンズを実装した光
接続装置を示す図である。
【図6】平板マイクロレンズの配置を変えて実装した光
接続装置を示す図である。
【図7】本発明に係る反射面付き平板マイクロレンズの
製造方法を説明するための図である。
【図8】本発明に係る反射面付き平板マイクロレンズの
製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
100,105 ガラス基板 101 マイクロレンズ 104 反射面付き平板マイクロレンズ 110 補強板 200 光ファイバ 300 ホトダイオード 301 プリアンプ 400,401 実装基板 405,406,408 ボンディングワイヤ 500 基板表面 501 基板裏面 600 切削歯 700,701 切削溝 A,B 交換されるイオン L ファイバからの出射光

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板内に、この基板面法線方向に光軸
    を持ち、かつ光軸方向および光軸に直交する方向に向け
    てなだらかに変化する屈折率勾配をもつレンズを一体形
    成した平板マイクロレンズにおいて、 レンズの作成された面を基板表面、その反対側の面を基
    板裏面とすると、基板裏面が、光軸に沿った基板表面か
    らの入射光を光軸の方向以外の方向へ反射する構造を持
    つことを特徴とする反射面付き平板マイクロレンズ。
  2. 【請求項2】前記基板裏面が光軸に対して角度θの傾き
    を持つ鏡面であり、かつ平板マイクロレンズの周囲を大
    気とし、基板の屈折率を1より大きい実数nとした時
    に、前記角度θが入射光を全反射する条件θ=COS-1
    (1/n)を満たす角度である請求項1記載の反射面付
    き平板マイクロレンズ。
  3. 【請求項3】前記基板裏面が光軸に対して角度θの傾き
    を持つ鏡面であり、かつ、その面に高反射率を有する金
    属薄膜が付けられている、請求項1記載の反射面付き平
    板マイクロレンズ。
  4. 【請求項4】前記透明基板はガラスである、請求項1,
    2または3記載の反射面付き平板マイクロレンズ。
  5. 【請求項5】平行平面を有する透明基板の表面にイオン
    拡散により屈折率分布型レンズを一体形成する工程と、 前記基板表面に補強板を接着剤で接着する工程と、 前記透明基板の裏面にV型の溝を適当な間隔で切削加工
    する工程と、 前記V型溝の片面を含む平板マイクロレンズに分離する
    ようにU型の溝を切削加工する工程と、 分離された平板マイクロレンズを、前記補強板から脱離
    する工程と、を含む平板マイクロレンズの製造方法。
  6. 【請求項6】光ファイバと、 前記光ファイバからの出射光を基板表面より入射し、基
    板裏面で反射させて出射する請求項1,2または3に記
    載の平板マイクロレンズと、 同一基板上に設けられた、前記平板マイクロレンズから
    の出射光を受光する光電変換器および光電変換器にボン
    ディングワイヤにより接続された増幅器と、を備える光
    接続装置。
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