JPWO2019044055A1 - キャピラリー型レンズアレイおよびキャピラリー型レンズアレイ複合部品 - Google Patents

Abstract

本開示は、屈折率分布型レンズ（２０）の周りに無機ガラス（１０）を有し、複数の屈折率分布型レンズ（２０）と無機ガラス（１０）が物理的に融合していることを特徴とするキャピラリー型のレンズアレイである。

Description

本開示は、複数のレンズを備えるレンズアレイに関する。

近年、シリコンフォトニクスに代表されるように、省電力化、高密度実装のため、光機能部品の小型化が進んでいる。これに伴い、光機能部品と出力用の光ファイバを接続する光接続部品に対して、これまでの石英系光部品に比してより高精度な部品精度、接続精度が要求されるようになっている。

コリメート機能を有する光接続部品として使用されているものとして、屈折率が中心軸から周辺に向かって距離のほぼ２乗で減少する円柱対称分布を有する屈折率分布型レンズがある。光通信分野をはじめ、複写機、内視鏡など、幅広い分野で使用されており、部品端面が平面であるため、他の光部品との接続が容易である特徴を有する。

しかしながら、屈折率分布型レンズの特性上、レンズ形状は円柱状であり、所望のレンズ特性を得るためには、屈折率分布型レンズの位置精度を数μｍ以下で作製する必要がある。このため、屈折率分布型レンズをアレイ化して使用する場合は、Ｖ溝を有するガラス基板に円柱状のレンズを並べた後や、円柱状の複数の空孔を有するガラスキャピラリー内に実装した後に、端面を研磨して使用する。

従来の石英系光部品と屈折率分布型レンズとの接続では、モードフィールド径が約１０μｍであるため、コリメート用屈折率分布型レンズの実装精度、レンズ間距離精度は１μｍ程度あれば実用上問題はなかった。しかし、シリコンフォトニクスと屈折率分布型レンズとの接続では、モードフィールドが石英系光部品より２０分の１以下である０．５μｍ以下の精度が必要となってくる。

これまでの光接続部品は、屈折率分布型ファイバをＶ溝やキャピラリー等の整列部材を使用して、接着剤で接着固定してアレイ化する。この方法で部品を組み立てた場合、部品ごとに位置精度が異なり、位置ばらつきが生じるため、シリコンフォトニクスで要求されている０．５μｍ以下の実装精度を達成するためには製品歩留まりが小さくなる可能性があった。

また、屈折率分布型ファイバを光ファイバの先端に接合した光部品は融着接続器等で比較的簡単に接続できるが、他の光部品との接続する場合は、ファイバアレイ、ガラスキャピラリー等の光部品に接着剤等で固定し研磨する必要が生じる。このため、製造コストの上昇、部品精度の低下を招く要因となっている。

さらに、脳の深部観察に用いられる内視鏡では、従来１心の屈折率分布型レンズを用いたものが主流であったが、視野領域の拡大や励起光の同時照射等を図るために、複数の屈折率分布型レンズを用いた内視鏡が求められていた。しかしながら、複数の屈折率分布型レンズの内視鏡への適用のためには、生体への影響の少ない接着剤を用い、束ねた径を生体に影響ない程度の大きさにまで細径化する必要があった。

本開示は、コリメート機能を有する屈折率分布型レンズを複数備えるレンズアレイにおいて、他の光部品と接続する際の作業性を向上し、レンズアレイの位置精度及びばらつきを改善することを目的とする。

本開示に係るキャピラリー型レンズアレイは、複数の屈折率分布型レンズと、各屈折率分布型レンズの周方向を覆う無機ガラスのキャピラリーと、を備える。

本開示では、キャピラリー製造と同じようにあらかじめ無機ガラスの母材に貫通穴をあけ、その貫通穴にコリメート機能を有する母材を埋め込み、キャピラリー製造と同じ加熱・線引き技術を用いることにより、屈折率分布型レンズとしてのレンズ機能を持った光ファイバが内包されたガラスキャピラリー型レンズアレイを得る。このため、本開示に係るキャピラリー型レンズアレイは、複数の屈折率分布型レンズとキャピラリーの無機ガラスが物理的に融合している。

特に、本開示は、複数のコリメート機能を有する母材を無機ガラスの母材に適度な間隔で配置、埋め込み、融点以上で線引きすることにより、複数のコリメート機能を有する光接続部品を容易に得ることができる。

さらに、本開示は、従来の整列部材を用いて作製する方法と比較して、整列部材へのコリメート機能を有する光ファイバを実装する工程がない。このため、キャピラリーの無機ガラスの外径が０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の剛体である場合であっても、実装に伴う位置精度の低下や作業性に基づくばらつきがなくなり、実装精度が高く、かつ、ばらつきが小さいという利点がある。

前記複数の屈折率分布型レンズは、用途に応じたピッチ長を有し、（（１／２）×ｎ）ピッチや、（（１／４）＋ｎ）ピッチが例示できる。ただし、「ｎ」は正の整数である。これらのピッチ長は、他の光部品と組み合わせることで、任意の値となりうる。また、前記複数の屈折率分布型レンズのいずれかのピッチ長又は屈折率分布定数は、前記複数の屈折率分布型レンズのうちの他の屈折率分布型レンズと異なっていてもよい。

また、本開示に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品は、本開示のキャピラリー型レンズアレイと、前記キャピラリー型レンズアレイの前記複数の屈折率分布型レンズに対応する複数の空孔を有し、前記複数の屈折率分布型レンズの端面の位置と前記複数の空孔の位置が一致するように前記キャピラリー型レンズアレイの端面に接合されている無機ガラスのキャピラリーと、を備える。このように、本開示に係るキャピラリー型レンズアレイは、同様の製造工程で作製した空孔を有する無機ガラスのキャピラリーに光ファイバを実装したものと接続する場合に、融着や接着剤で容易に実施できる。

ここで、本開示に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品では、前記キャピラリーの前記空孔内に光ファイバが配置されていてもよい。また、本開示に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品では、キャピラリー型レンズアレイと前記キャピラリーの間にプリズムなどの方向変換機能を有する光部品が配置されていてもよい。

なお、上記各開示は、可能な限り組み合わせることができる。

本開示によれば、コリメート機能を有する屈折率分布型レンズを複数備えるレンズアレイにおいて、他の光部品と接続する際の作業性を向上し、レンズアレイの位置精度及びばらつきを改善することができる。

キャピラリー型レンズアレイの構成の一例を示す。 キャピラリー型レンズアレイの断面形状の形態例を示す。 キャピラリー径に対する曲げ応力の一例を示す。 キャピラリー型レンズアレイのレンズ配列の形態例を示す。 キャピラリー型レンズアレイにキャピラリーを組み合わせたキャピラリー型レンズアレイ複合部品の構成の一例を示す。 キャピラリーの一例を示す。 キャピラリー型レンズアレイに方向変換機能を有する光部品を組み合わせたキャピラリー型レンズアレイ複合部品の構成の一例を示す。 キャピラリー型レンズアレイに方向変換機能を有する光部品及びピグテール付きキャピラリーを組み合わせたキャピラリー型レンズアレイ複合部品の構成の第１例を示す。 キャピラリー型レンズアレイに方向変換機能を有する光部品及びピグテール付きキャピラリーを組み合わせたキャピラリー型レンズアレイ複合部品の構成の第２例を示す。 本開示のキャピラリー型レンズアレイのＭＴプラグ同士の接続への適用例を示す。 第４の実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品の構成の一例を示す。 第５の実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品の構成の一例を示す。 本開示に係るキャピラリー型レンズアレイの細径バンドルファイバへの適用例を示す。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイの形態を示す図である。本実施形態のキャピラリー型レンズアレイ１は、キャピラリー本体部１０と、屈折率分布型レンズ２０を備える。ここで、キャピラリー本体部１０は、無機ガラスで構成され、屈折率分布型レンズ２０の周方向を覆う。屈折率分布型レンズ２０は、コリメータ機能を有する。屈折率分布型レンズ２０は、屈折率分布型光ファイバであってもよい。

屈折率分布型レンズ２０は、キャピラリー本体部１０に固定されている。本開示では、キャピラリー本体部１０と屈折率分布型レンズ２０を、双方の母材を加熱・溶融して作製する。このため、キャピラリー本体部１０と屈折率分布型レンズ２０は溶接（融合）された状態となっていることが大きな特徴である。なお、キャピラリー型レンズアレイ１は、キャピラリー本体部１０と屈折率分布型レンズ２０を接着剤で接合されていてもよい。

図１において、キャピラリー本体部１０の断面形状は円形となっているが、本開示はこれに限定されるものではない。例えば、図２（ａ）に示すように円弧の一箇所が直線（弦）１１となったものや、図２（ｂ）に示すように二箇所が直線（弦）１１となったものや、図２（ｃ）に示すように円弧の一箇所がさらに小さい半径の円弧１２となったものや、図２（ｄ）に示すように切り欠き１３となったものなど、実装上の構造的な基準や方向の基準のために、円形以外の形状も本開示に含まれる。

また、本開示に係るキャピラリー型レンズアレイは、複数のキャピラリー本体部１０の側面を互いに接触させて並列に配置されたものであってもよい。例えば、図２（ｂ）に示す複数のキャピラリー型レンズアレイ１が直線１１の面で互いに接触して並列に配置されていてもよい。本開示は、キャピラリー本体部１０内の予め定められた位置に屈折率分布型レンズ２０が配置されているため、キャピラリー本体部１０の側面を重ね合わせることで、容易にレンズ数を増やすことが可能となる。

キャピラリー本体部１０の外径Φ_１０は、光ファイバとの接続のため、標準的な光ファイバ心線の外径である０．２５ｍｍより大きく、２心以上を接続する場合を考慮すると０．２５ｍｍの２倍以上とすることが好ましい。従って、本開示におけるキャピラリー本体部１０の外径は０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。

また、キャピラリー本体部１０で剛性を持たせるため、キャピラリーの外径Φ_１０は重要な要素となる。キャピラリーの長さＬ_１０において、応力を与えた場合にキャピラリーに発生する曲げ応力や引張応力がガラスの破断強度以下になるようにする必要がある。

本開示のような比較的外径の小さな光部品では、引張応力より、曲げに対する応力が課題となる。受動光部品の国際規格であるＧＲ−１２０９−ＣＯＲＥ（４版、２０１０年発行）の５．４．３．３項では、光部品に接続された光ファイバに直角方向に応力を加え、光部品と光ファイバの耐性を規定している。その前提として、光部品自体が９０°曲げで発生する曲げ応力に耐性を持つ必要がある。

長さＬ_１０、外径ｄ_１のキャピラリー型レンズアレイ１の片面に光部品が接続され、他方の片面に光ファイバが接続されている場合を仮定し、当該光ファイバをキャピラリー型レンズアレイ１に対して９０度の方向の応力Ｆとすると、キャピラリー型レンズアレイ１に発生する曲げ応力は、次の式で求められる。
（数１）
σ_ｍａｘ＝Ｍ／Ｚ ・・・ （１）
σ_ｍａｘ：破断応力［Ｎ／ｍ^２］、Ｍ：曲げモーメント［Ｎ・ｍ］、Ｚ：断面係数［ｍ^３］

ここで、断面形状をキャピラリー外径ｄ_１、空孔径ｄ_２とすると、断面係数Ｚは次式で表される。

ＧＲ−１２０９−ＣＯＲＥ ５．４．３．３項の要求条件である０．２３ｋｇｆ（２．２Ｎ）を応力Ｆとして、発生する曲げ応力を上記式（１）及び式（２）から計算した結果を図３に示す。

石英ガラスの曲げ強度は、計算上は２０００ＧＰａ以上であるが、設計強度はその１０分の１から数１０分の１である１００〜２００ＧＰａ程度であり、少なくともサイドプル試験の条件を満たすには、キャピラリー１０の長さＬ_１０が２ｍｍの場合は、キャピラリー１０の外径Φ_１０は０．６ｍｍ程度が必要となる。従って、キャピラリー１０の外径Φ_１０は少なくとも０．５ｍｍ以上、好ましくは、０．６ｍｍ以上が必要である。

図１において、キャピラリー本体部１０に屈折率分布型レンズ２０が４個一列に包含されている構造を示しているが、代表的な例を示したものであって、これに限定するものではない。

また、屈折率分布型レンズ２０の外径であるレンズ径Φ_２０は、透過光のモードフィールド径以上であればよく、好ましくは５０μｍから５００μｍの範囲である。また、屈折率分布型レンズ２０同士の中心間距離であるレンズ間隔Ｐ_２０は、パワー移行を考慮してレンズ径Φ_２０の１／２に３０μｍを加えた長さ以上とするが、好ましくは、接続する光ファイバの一般的な間隔である８０μｍ、１２７μｍ、２５０μｍの整数倍とする。また、レンズ間隔Ｐ_２０は、等間隔が好ましいが、必要に応じて不等間隔も可能である。

図４に示すように、キャピラリー本体部１０に対して、屈折率分布型レンズ２０を一列に等間隔で並べた場合、一列に不等間隔で並べた場合、２次元的に並べた場合を例示する。図４（ｄ）に示すような配置で３０個以上可能である。また、図４（ｄ）に示すように、ガイドピンを挿入する貫通孔１６が設けられていてもよい。またキャピラリー本体部１０を図４（ｄ）に示す形状にし、キャピラリー型レンズアレイ１をＭＴコネクタとして用いてもよい。

このようにして得られた光部品として使用する際は、下記の式で定義される光学的な周期Ｐ（ピッチ）をもとに、適宜目的に応じたキャピラリー１０の長さＬ_１０に切断して使用する。
（数３）
ｎ^２（ｒ）＝ｎ^２（０）｛１−（ｇｒ）^２｝ ・・・（３）
Ｐ＝２π／ｇ ・・・（４）

ここで、ｎ（ｒ）：屈折率分布型レンズ２０のレンズ軸から距離ｒでの屈折率、ｎ（０）：屈折率分布型レンズ２０のレンズ中心軸の屈折率、ｇ：屈折率分布定数、ｒ：屈折率分布型レンズ２０のレンズ軸からの距離、Ｐ：屈折率分布型レンズ２０の光学的な周期である。例えば、「ｎ」を正の整数とした場合に、長さＬ_１０を（（１／４）＋ｎ）ピッチにする。これにより、屈折率分布型レンズ２０の中心に入射した光は平行光となって屈折率分布型レンズ２０から出射する。

なお、長さＬ_１０は、（（１／４）＋ｎ）ピッチに限定されない。長さＬ_１０は、（（１／２）×ｎ）ピッチであってもよい。また、屈折率分布型レンズ２０は、複数の光学レンズの組み合わせの一部として用いられていてもよい。この場合、長さＬ_１０は、複数の光学レンズの設計に応じたピッチ長になる。このため、長さＬ_１０は、（（１／４）＋ｎ）ピッチや（（１／２）×ｎ）ピッチからずれた値となりうる。

また、複数の屈折率分布型レンズ２０のピッチ長は同一であってもよいが、異なっていてもよい。例えば、複数の屈折率分布型レンズ２０は、キャピラリー本体部１０の断面における屈折率分布型レンズ２０の位置に応じたピッチ長を有する。ピッチ長の調整は、長さＬ_１０若しくは屈折率分布定数またはこれらの組み合わせを可変することによって行うことができる。また、本開示は、屈折率分布型レンズ２０の一部に代えて、ステップインデックス型のレンズ（不図示）がキャピラリー本体部１０で覆われていてもよい。

本実施形態のキャピラリー型レンズアレイ１は、キャピラリーとレンズ機能を有する光ファイバが一体で作製されるため、光ファイバを実装する際のキャピラリー内径のトレランスによる位置ばらつきがなく、光機能部品の部品精度を向上することができる。さらに、本実施形態のキャピラリー型レンズアレイ１は、接着剤での実装工程の削減により、低コスト化を実現することができる。

（第２の実施形態）
図５は、本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品の形態を示す図である。本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品２は、第１の実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ１と無機ガラスのキャピラリー５０とが接続されている。キャピラリー５０は、キャピラリー本体部１０に内包された屈折率分布型レンズ２０に対応して、空孔６０が配置されている。

キャピラリー型レンズアレイ複合部品２についても、キャピラリー型レンズアレイ１と同様に、複数のキャピラリー本体部１０及びキャピラリー５０の側面を互いに接触させて並列に配置されたものであってもよい。本開示は、キャピラリー５０の予め定められた位置に空孔６０が配置されているため、複数のキャピラリー本体部１０及びキャピラリー５０の側面を重ね合わせることで、屈折率分布型レンズ２０及び空孔６０の数を容易に増やすことが可能となる。

図５に示したキャピラリー型レンズアレイ複合部品の効果について説明する。図５において、キャピラリー型レンズアレイ１に内包される屈折率分布型レンズ２０のレンズ長Ｌ_１０を（１／４＋ｎ）ピッチ（ｎ：整数）とし、空孔６０に被覆除去した光ファイバが挿入された構成の光接続部品とする。屈折率分布型レンズ２０のレンズ片端の中心を通った光線は（１／４＋ｎ）ピッチのレンズ長Ｌ_１０を導波した光は平行光となって出射する。その時のビーム半径ｒは、次式で示される。
（数４）
ｒ＝（θ／２）／（ｎ_０・ｇ）
ここで、θは屈折率分布型レンズ２０への入射広がり角、ｎ_０は屈折率分布型レンズ２０の中心屈折率、ｇは屈折率分布型レンズ２０の屈折率分布定数である。

光接続において、ずれがない場合の光ビーム径（正確にはモードフィールド径）による損失の影響は次式で示される。
（数５）
η＝（（２・Ｗ_１・Ｗ_２／（Ｗ_１ ^２＋Ｗ_２ ^２））^２
ここで、ηは接続効率、Ｗ_１、Ｗ_２は光ビーム径である。

上式より、接続する２つの光ビーム径が近いほど接続効率が高く、損失は小さくなることが判る。このため、最適なパラメータを選択した屈折率分布型レンズ２０で拡大し、空孔６０に配置された光ファイバのＭＦＤ径と同等まで拡大することにより、接続損失を小さくすることができる。

図６に、キャピラリー５０の全体図を示す。キャピラリー５０は、キャピラリー本体部１０と同等の母材を用いて、屈折率分布型レンズを挿入せずに加熱・線引きすることにより作製する。キャピラリー５０の外径Φ_５０は、キャピラリー本体部１０の外径Φ_１０と同じかそれ以上であることが好ましい。そのため、外径Φ_５０は、０．５ｍｍ以上が好ましく、さらに０．６ｍｍ以上であることが好ましい。空孔６０の内径Φ_６０は、被覆除去した光ファイバが挿入されるため、屈折率分布型レンズ２０の外径であるレンズ径Φ_２０と同等またはレンズ径Φ_２０より数μｍ程度大きくする。

キャピラリー５０とキャピラリー本体部１０を一体化してキャピラリー型レンズアレイ複合部品を作製する方法としては、通常の接着剤を用いて接着する方法のほか、外径Ｄ_５０および形状がキャピラリー本体部１０と一致している場合、キャピラリー５０とキャピラリー本体部１０を市販の融着器により放電融着する方法がある。

キャピラリー５０の端面を研磨し、予め作製されたキャピラリー本体部１０の端面を研磨し、既述したように接着剤で接合して得られたキャピラリー型レンズアレイ複合部品を得る。この場合、キャピラリー径が０．５ｍｍ以上などの通常の光ファイバより大きい場合、接着面積が大きいため、接合後の機械的強度が得られる。一方、キャピラリー５０をキャピラリー本体部１０と融着する場合は、接着剤接続と同じように当該部材の端面を研磨した後、市販の大口径光ファイバ用融着接続機（たとえば、フジクラ製ＦＳＭ−１００）で融着接続する。この場合は、外径２ｍｍまで接続可能である。

このようにして得られたキャピラリー５０の空孔６０に、被覆除去して端面を研磨した光ファイバ（不図示）を挿入することにより、先端に容易にコリメート機能を有し、高精度な光ファイバ部品を得ることができる。これまでのキャピラリー型レンズアレイ複合部品の作製説明において、キャピラリー５０をキャピラリー本体部１０と接続後に、キャピラリー５０に被覆除去した光ファイバを挿入する方法で説明したが、キャピラリー５０に被覆除去した光ファイバを挿入後、キャピラリー本体部１０と接続する方法をとることも可能である。

（第３の実施形態）
図７に、本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品の構成の一例を示す。本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品３は、第１の実施形態で説明したキャピラリー型レンズアレイ１に、方向変換機能を有する光部品を組み合わせている。

具体的には、直角プリズム７０の一方の面にキャピラリー型レンズアレイ１が配置され、直角プリズム７０の他方の面にプリズムと接合するファイバ整列部材８０が配置されている。ファイバ整列部材８０は、直角プリズム７０で屈折された屈折率分布型レンズ２０−１〜２０−４からの光が光ファイバ９０−１〜９０−４に入射するように、光ファイバ９０−１〜９０−４が整列した状態で光ファイバ９０−１〜９０−４を保持する。

図８に、本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品の構成の具体例を示す。図８に示すキャピラリー型レンズアレイ複合部品４では、ファイバ整列部材８０に代え、キャピラリー５０が配置されている。キャピラリー５０の空孔６０に光ファイバ９０−１〜９０−４を挿入し、直角プリズム７０に接続することで、直角プリズム７０で屈折された屈折率分布型レンズ２０−１〜２０−４からの光を光ファイバ９０−１〜９０−４に結合させることができる。

図８に示すキャピラリー型レンズアレイ複合部品４では、直角プリズム７０での光路長が屈折率分布型レンズ２０−１〜２０−４で同一であるが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、図９に示すキャピラリー型レンズアレイ複合部品５では、直角プリズム７０での光路長が屈折率分布型レンズ２０−１〜２０−４ごとに異なる。

本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品は、従来の方向変換機能を有する光部品に比べ、非常に小型であり、一辺約３ｍｍの立方体に収まる。なお、方向変換機能を有する光部品は、直角プリズム７０に限らず、任意の光部品を用いることができる。

（第４の実施形態）
図１１に、本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品の構成の一例を示す。本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品６は、キャピラリー本体部１０の中心に屈折率分布型レンズ２１を有し、キャピラリー５５の中心に開口部６５を有する。

本実施形態では、屈折率分布型レンズ２１を結像用のレンズとして用いる。具体的には、キャピラリー型レンズアレイ１の先端の端面１Ａで入力された像が、キャピラリー型レンズアレイの他方の端面１Ｂで結像する。端面１Ｂでの像を対物レンズで光撮像素子に拡大入力することにより、端面１Ａ付近の像をモニタで観察できる。例えば、開口部６５は、空孔であってもよいが、対物レンズが配置されていてもよい。

本実施形態での屈折率分布型レンズ２１のレンズ長Ｌ_１０は、例えば、式４で定義されるピッチ長でＬ_１０＝（１／２）×ｎピッチ（ｎ：整数）とする。長さＬ_１０が（１／２）×ｎピッチであるため、先端の端面１Ａから入射された像が後端の端面１Ｂに結像し、これを倍率の高い対物レンズ（不図示）を通して拡大、撮像素子（不図示）に入射することにより、端面１Ａの近傍を観察できる。ただし、レンズ長Ｌ_１０は、１／２ピッチの倍数である必要はなく、１以上のレンズを組み合わせることで、任意のピッチとすることができる。

屈折率分布型レンズ２１のレンズ径Φ_２１は、任意であり、例えば、レンズ径Φ_２０と同じであってもよいし、レンズ径Φ_２０よりも大きくてもよい。また、開口部６５の内径Φ_６５は、レンズ径Φ_２１以上であることが好ましい。

空孔６０には光ファイバ９０が挿入される。光ファイバ９０を用いて屈折率分布型レンズ２０に照射光を入射し、端面１Ａの近傍に照射光を照射する。これにより、端面１Ａ付近の視野を明るくできる。また、蛍光励起波長を照射することにより、蛍光観察が容易にでき、２つの光ファイバ９０に違う波長を同時に照射、観察することができる。

屈折率分布型レンズ２０の長さＬ_１０は（１／２）×ｎピッチを除く任意のピッチ長であることが好ましい。このように、屈折率分布型レンズ２１のピッチ長が、屈折率分布型レンズ２０のピッチ長と異なっていてもよい。例えば、屈折率分布型レンズ２１の屈折率分布定数は、屈折率分布型レンズ２０の屈折率分布定数と異なっていてもよい。これにより、共通の長さＬ_１０を有する屈折率分布型レンズ２０及び２１であっても、屈折率分布型レンズ２０及び２１を異なるピッチ長にすることができる。

照射光の波長は任意であり、例えば、照明用の波長であってもよいし、蛍光励起用の波長であってもよい。これにより、屈折率分布型レンズ２１の近傍の画像を観察することで、蛍光イメージングによる脳診断等が可能となる。また、２種の励起光源を使用することにより、さらに多くの情報を得ることができる。

さらに、屈折率分布型レンズ２０の本数及び屈折率分布は任意である。屈折率分布型レンズ２０として屈折率分布定数の異なる複数の屈折率分布型レンズを用いることにより、屈折率分布型レンズ２０から適度な光の広がりを有する照射光を放射し、屈折率分布型レンズ２１から鮮明な画像を得ることができる。

（第５の実施形態）
図１２に、本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品の構成の一例を示す。本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品７は、第４の実施形態の変形例を示す。

本実施形態では、屈折率分布型レンズ２０及び２１の長さが異なる。これにより、屈折率分布定数の等しい複数の屈折率分布型レンズを用い、その一つの屈折率分布型レンズ２１のレンズ長を（１／２）ｎピッチとし、その他の屈折率分布型レンズ２０のレンズ長を（１／２）ｎピッチ以外のピッチ長とする。

このような構成を採用することにより、共通の屈折率分布型レンズの母材を用いて、屈折率分布型レンズ２１は鮮明な画像を端面１Ｂに結像し、屈折率分布型レンズ２０は適度な光の広がりを有する照射光を端面１Ａから出射することができる。

（第６の実施形態）
図１３に、本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品の構成の一例を示す。本実施形態に係るキャピラリー型レンズアレイ複合部品８は、本開示に係るキャピラリー型レンズアレイ１と、複数の光ファイバが束ねられたバンドルファイバ９２と、を備える。

キャピラリー型レンズアレイ１の複数の屈折率分布型レンズ２０の少なくとも一部が、バンドルファイバ９２に備わる少なくとも１本の光ファイバと接続されている。例えば、１つの屈折率分布型レンズ２０が１の光ファイバに接続されていている。なお、屈折率分布型レンズ２０のなかに光ファイバと接続されていないものがあってもよい。

本実施形態での屈折率分布型レンズ２０のレンズ長Ｌ_１０は、例えば、第４の実施形態と同様に、式４で定義されるピッチ長でＬ_１０＝（１／２）×ｎピッチ（ｎ：整数）とする。ただし、レンズ長Ｌ_１０は、１／２ピッチの倍数である必要はなく、１以上のレンズを組み合わせることで、任意のピッチ長とすることができる。

屈折率分布型レンズ２０のレンズ長が１／２ピッチである場合、端面１Ａから入射された像が端面１Ｂのレンズ端面に結像する。このため、キャピラリー型レンズアレイ１の端面１Ａの近傍の画像が、１本の屈折率分布型レンズ２０を１画素とする画像として、端面１Ｂに接続されたファイババンドル９２に入射される。これにより、キャピラリー型レンズアレイ１の端面１Ａの近傍の映像を、ファイババンドル９２に接続されている撮像素子（不図示）で撮像することができる。

（実施例１）
図１に示すキャピラリー型レンズアレイ１の実施例を説明する。
Φ３０ｍｍＸ２００ｍｍ長の石英母材に空孔間隔７．５ｍｍでΦ４．５ｍｍの穴加工を４回行い、４個の貫通した空孔を有する石英母材を得た。次に、Φ４．５ｍｍよりわずかに細い屈折率分布型石英母材４本をそれぞれの空孔に挿入した。

このようにして得られた屈折率分布型石英母材が挿入された石英母材を線引き装置で加熱し、キャピラリー外径Φ_１０が２ｍｍ＋／−１μｍとなるように線引き速度を制御して、伸延した。これにより、図１に示すような、レンズ間隔Ｐ_２０＝０．５ｍｍでレンズ径Φ_２０＝３００μｍの屈折率分布型ファイバすなわち屈折率分布型レンズ２０を有する、外径Φ_１０＝２ｍｍのキャピラリー型レンズアレイを得た。

（実施例２）
図２（ａ）の断面形状を有するキャピラリー型レンズアレイ１の実施例を説明する。
Φ５０ｍｍの円弧の一部を長さ２５ｍｍの弦として切りとった断面を有する長さ３００ｍｍの石英母材に空孔間隔５ｍｍでΦ４ｍｍの穴加工を４回行い、４個の貫通した空孔を有する石英母材を得た。次に、Φ４ｍｍよりわずかに細い屈折率分布型石英母材１０本をそれぞれの空孔に挿入した。

このようにして得られた石英母材を線引き装置で加熱し、線引き速度を制御して、伸延した。これにより、断面形状が最大の外径Φ_１０＝２．５ｍｍの円弧の一部が切り取られた図２（ａ）と類似の形状を有し、レンズ間隔Ｐ_２０＝２５０μｍでレンズ径Φ_２０＝２００μｍの屈折率分布型ファイバすなわち屈折率分布型レンズ２０を有する、キャピラリー型レンズアレイが得られた。

（実施例３）
図５に示すキャピラリー型レンズアレイ複合部品２の実施例を説明する。
Φ３０ｍｍＸ２００ｍｍ長の石英母材に穴加工を４回行い、４個の貫通した空孔を有する石英母材を得た。このようにして得られた石英母材を線引き装置で加熱・線引きし、間隔Ｐ_６０＝０．５ｍｍで内径Φ_６０＝１２６μｍの空孔６０を有する、外径Φ_５０＝２ｍｍ、長さＬ_５０＝５ｍｍのキャピラリー５０を作製した。本キャピラリーに、先端を被覆除去したシングルモードファイバを４個の空孔に挿入してピグテール付きキャピラリーを得る。

上記ピグテール付きキャピラリーと実施例１と同様に作製して得られたキャピラリー型レンズアレイの端面を研磨して平滑な接合面を作製し、双方の接合面を接着剤で接合し、キャピラリー型レンズアレイ複合部品を得た。

（実施例４）
図５に示すキャピラリー型レンズアレイ複合部品２の第２の実施例を説明する。
実施例３と同様に作製した間隔Ｐ_６０＝０．５ｍｍで内径Φ_６０＝１２６μｍの４孔のキャピラリー（外径Φ_５０＝２ｍｍ、長さＬ_５０＝３０ｍｍ）と実施例１と同様に作製して得られたレンズ間隔Ｐ_２０＝０．５ｍｍでレンズ径Φ_２０＝３００μｍの屈折率分布型レンズ２０を有するキャピラリー型レンズアレイ（外径Φ_１０＝２ｍｍ、長さＬ_１０＝３０ｍｍ）の端面を研磨する。お互いの研磨面を対向するようにして、フジクラ製融着器ＦＳＭ−１００にセットして、放電融着で接合し、図５に示すようなキャピラリー型レンズアレイ複合部品を得た。

接合後、キャピラリー５０の空孔６０に、端面を研磨したΦ１２５μｍのクラッド外径を有するシングルモードファイバを挿入し、市販の光学接着剤で固定し、ピグテールを有する光部品を得た。

（実施例５）
図４（ｄ）の断面形状を有するキャピラリー型レンズアレイ１の実施例を説明する。
６４ｍｍＸ２５ｍｍの長方形の断面を有する長さ２００ｍｍの石英母材に、空孔ピッチ２．５ｍｍでΦ１．５ｍｍの穴加工を横１２個、縦４列の合計４８回行い、さらにこれらの空孔列の両側にΦ１０ｍｍの穴加工を行い、図４（ｄ）に示すような断面形状、空孔配列を有する石英母材を得た。次に、Φ１．５ｍｍよりわずかに細い屈折率分布型石英母材４８本をそれぞれのΦ１．５ｍｍの空孔に挿入した。

このようにして得られた石英母材を線引き装置で加熱し、線引き速度を制御して、伸延した。これにより、断面形状が横Ｗ_１０＝６．４ｍｍＸ縦Ｈ_１０＝２．５ｍｍの図４（ｄ）に示す形状を有し、レンズ間隔Ｐ_２０＝２５０μｍでレンズ径Φ_２０＝１５０μｍの屈折率分布型ファイバすなわち屈折率分布型レンズ２０を有し、キャピラリー型レンズアレイ１が得られた。

図１０に示すように、キャピラリー型レンズアレイ１のうちの図４（ｄ）に示す貫通孔１６にΦ０．７ｍｍの金属ピンを貫通させる。これにより、複数の光ファイバをテープ化した光ファイバ９１が実装された横１２個、縦４列の４８心のＭＴフェルール１０１及び１０２を、キャピラリー型レンズアレイ１を介して互いに接続した。

（実施例６）
本開示に係るキャピラリー型レンズアレイ１のＭＴコネクタへの実施例を説明する。
図１０に、ＭＴプラグ同士の接続に、本開示のキャピラリー型レンズアレイを使用した例を示す。図４（ｄ）に示した間隔０．２５ｍｍで横１２列、間隔０．５ｍｍで縦４列の断面構造を有するキャピラリー型レンズアレイ１で、キャピラリー１０の長さＬ_１０が１／２ピッチとなるように両面を研磨する。このキャピラリー型レンズアレイ１を、同じ配置の４８心ＭＴプラグ間に挿入し、勘合ピンで結合し、ＭＴコネクタを得た。

（実施例７）
図９に示すキャピラリー型レンズアレイ複合部品５の実施例を説明する。
実施例１と同様の方法で得られた外径Φ_１０＝２ｍｍで、レンズ間隔Ｐ_２０＝０．５ｍｍの屈折率分布型レンズ２０を４個有するキャピラリー型レンズアレイ１の端面を研磨してキャピラリー本体部１０の長さＬ_１０＝１／４ピッチに調整する。

一方、実施例３と同様の方法で、外径Φ_５０＝２ｍｍ、間隔Ｐ_６０＝０．５ｍｍの空孔に被覆除去した光ファイバを挿入して得られたピグテール付きキャピラリーを作製し、端面を研磨する。これらを直角プリズム７０の直角をなす２面のそれぞれで接合し、方向変換機能を有するキャピラリー型レンズアレイ複合部品を得た。

なお、反射光を低減するためには、プリズム角７１を４１°とすれば、プリズム接続面からキャピラリー型レンズアレイ１への出射角は８２°となり、キャピラリー型レンズアレイ１と直角プリズム７０との接続面での反射光の戻りを低減できる。本形状のキャピラリー型レンズアレイ複合部品５は、キャピラリー型レンズアレイ１を回転させ、複数の屈折率分布型レンズ２０−１〜２０−４を直角プリズム７０に接続されている光ファイバ９０−１〜９０−４の端面位置から異なる高さに配置する。これにより、複数の屈折率分布型レンズ２０−１〜２０−４の高さが異なる用途に適用することができる。例えば、複数の屈折率分布型レンズ２０−１〜２０−４のそれぞれから、キャピラリー型レンズアレイ複合部品５の周囲の異なる高さからの光情報、例えば近赤外光を得ることができる。

（実施例８）
図１１に示すキャピラリー型レンズアレイ複合部品６の実施例を説明する。
実施例１と同様の方法を用い、屈折率分布型レンズ２０を３個有するキャピラリー型レンズアレイを外径Φ_１０＝２ｍｍかつレンズ間隔Ｐ_２０＝０．５ｍｍで作製し、長さＬ_１０が（１／２）×ｎピッチになるように端面１Ｂを研磨する。これにより、キャピラリー型レンズアレイ１を作製する。
一方、外径Φ_５０＝２ｍｍ、間隔Ｐ_６０＝０．５ｍｍの空孔を有するキャピラリーを実施例３と同様の方法で作製し、その中央部を円形にくりぬいて空孔６５を形成して、キャピラリー５５を作製する。被覆除去した光ファイバ９０をキャピラリー５５の空孔６０に挿入してピグテール付きのキャピラリー５５を作製し、端面を研磨する。
これらのキャピラリー型レンズアレイ１及びピグテール付きのキャピラリー５５を接合し、キャピラリー型レンズアレイ複合部品６を得た。

中央と両脇の屈折率分布型レンズに異なる屈折率分布定数の母材を用いることにより、中央部の屈折率分布型レンズ２１のレンズ長を１／２ピッチにし、両脇の屈折率分布型レンズ２０のレンズ長を１／２ピッチ以外のピッチ長にすることができるため、より広い領域に照射できる可能性がある。

（実施例９）
図１２に示すキャピラリー型レンズアレイ複合部品７の実施例を説明する。
実施例１と同様の方法を用い、屈折率分布型レンズ２０を３個有するキャピラリー型レンズアレイを外径Φ_１０＝２ｍｍかつレンズ間隔Ｐ_２０＝０．５ｍｍで作製し、長さＬ_１０が（１／２）×ｎピッチになるように端面１Ｂを研磨する。これにより、キャピラリー型レンズアレイ１を作製する。
一方、外径Φ_５０＝２ｍｍ、間隔Ｐ_６０＝０．５ｍｍの空孔を有するキャピラリーを実施例３と同様の方法で作製し、その中央部を円形にくりぬいて空孔６５を形成して、キャピラリー５５を作製する。キャピラリー１０の中央部の屈折率分布型レンズの周りを空孔６５と同じ直径（Φ６５）で残して座繰り加工したものを作製する。そして、被覆除去した光ファイバ９０をキャピラリー５５の空孔６０に挿入してピグテール付きキャピラリーを作製し、端面を研磨する。
これらのキャピラリー型レンズアレイ１及びピグテール付きキャピラリーを接合し、キャピラリー型レンズアレイ複合部品７を得た。

中央部の屈折率分布型レンズ２１はレンズ長が（１／２）×ｎピッチであるため、先端の端面１Ａから入射された像が後端の端面１Ｂに結像し、これを倍率の高い対物レンズ（不図示）を通して拡大、撮像素子（不図示）に入射することにより、端面１Ａの近傍を観察できる。一方、両側の屈折率分布型レンズのレンズ長は中央部より短くなり、座繰りによるレンズ長を調整することにより、照射範囲を調整できる。

（実施例１０）
図１３に示すキャピラリー型レンズアレイ複合部品８の実施例を説明する。
実施例１と同様の方法で得られた外径Φ_１０＝３ｍｍで、レンズ間隔Ｐ_２０＝０．２５ｍｍの屈折率分布型レンズ２０を５２個有するキャピラリー型レンズアレイ１の端面を研磨してキャピラリー１０の長さＬ_１０＝１／２ピッチに調整する。バンドルファイバ９２をキャピラリー型レンズアレイ１に接続する。

本開示は情報通信産業に適用することができる。

１：キャピラリー型レンズアレイ
１Ａ、１Ｂ：端面
２、３、４、５、６、７：キャピラリー型レンズアレイ複合部品
１０：キャピラリー本体部
１１：直線
１２：円弧
１３：切り欠き
１６：貫通孔
２０、２１：屈折率分布型レンズ
５０、５５：キャピラリー
６０、６５：空孔
７０：直角プリズム
７１：プリズム角
８０：ファイバ整列部材
９０：光ファイバ
９１：テープ化した光ファイバ
９２：バンドルファイバ
１０１、１０２：ＭＴフェルール

Claims (11)

1. 複数の屈折率分布型レンズと、
   各屈折率分布型レンズの周方向を覆う無機ガラスと、
   備えるキャピラリー型レンズアレイ。
2. 前記複数の屈折率分布型レンズと前記無機ガラスが物理的に融合していることを特徴とする、
   請求項１に記載のキャピラリー型レンズアレイ。
3. 前記無機ガラスの外径が０．５ｍｍ以上であることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載のキャピラリー型レンズアレイ。
4. 前記複数の屈折率分布型レンズのいずれかのピッチ長が、前記複数の屈折率分布型レンズのうちの他の屈折率分布型レンズのピッチ長と異なる、
   請求項１から３のいずれかに記載のキャピラリー型レンズアレイ。
5. 前記複数の屈折率分布型レンズのいずれかの屈折率分布定数が、前記複数の屈折率分布型レンズのうちの他の屈折率分布型レンズの屈折率分布定数と異なる、
   請求項１から４のいずれかに記載のキャピラリー型レンズアレイ。
6. 前記複数の屈折率分布型レンズの少なくともいずれかのピッチ長が１／２ピッチの倍数である、
   請求項１から５のいずれかに記載のキャピラリー型レンズアレイ。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のキャピラリー型レンズアレイと、
   前記キャピラリー型レンズアレイの前記複数の屈折率分布型レンズの少なくとも一部に対応する複数の空孔を有し、前記複数の屈折率分布型レンズの端面の位置と前記複数の空孔の位置が一致するように前記キャピラリー型レンズアレイの端面に接合されている無機ガラスのキャピラリーと、
   を備えるキャピラリー型レンズアレイ複合部品。
8. 前記キャピラリーの外径が０．５ｍｍ以上であることを特徴とする、
   請求項７に記載のキャピラリー型レンズアレイ複合部品。
9. 前記キャピラリー型レンズアレイと前記無機ガラスのキャピラリーとが融合している、
   請求項７又は８に記載のキャピラリー型レンズアレイ複合部品。
10. 前記キャピラリーの前記複数の空孔の少なくともいずれかに光ファイバが保持され、
    前記空孔に保持されている光ファイバと前記複数の屈折率分布型レンズとが接続されている、
    請求項７から９のいずれかに記載のキャピラリー型レンズアレイ複合部品。
11. 前記キャピラリー型レンズアレイと前記キャピラリーとの間に、前記複数の屈折率分布型レンズからの出射光を前記キャピラリーの前記空孔への光路に変換する光部品が配置されている、
    請求項７から１０のいずれかに記載のキャピラリー型レンズアレイ複合部品。

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