(57)【要約】  光学部品１０は、基板１１と、基板１１の第１主面１１ａ上に形成されたレンズ１２と、レンズ１２の表面に形成されたボルテックス形状１３とを備える。
2018163936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１主面上に形成されたレンズと、
前記レンズの表面に形成されたボルテックス形状と、
を備えることを特徴とする光学部品。
【請求項２】
前記基板における前記第１主面と反対側の第２主面上に配置された光学素子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
前記光学素子は、レンズ、偏光子、波長板、位相板、プリズム、回折格子、フィルタ、ミラー、ハーフミラー、発光素子および受光素子の少なくとも一つであることを特徴とする請求項２に記載の光学部品。
【請求項４】
前記ボルテックス形状を備える複数の前記レンズが、前記基板の第１主面上にアレイ状に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学部品。
【請求項５】
請求項１に記載の光学部品の製造方法であって、
前記ボルテックス形状を備える前記レンズの反転形状が形成された型に光硬化性樹脂を滴下する工程と、
前記型に基板を貼り合わせて、前記光硬化性樹脂を展開する工程と、
前記光硬化性樹脂に光を照射して硬化させる工程と、
前記型を脱型して当該光学部品を取り出す工程と、
を備えることを特徴とする光学部品の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の光学部品の製造方法であって、
前記ボルテックス形状を備える前記レンズの反転形状が形成された型が搭載された固定側金型と、可動側金型とを型閉めした後、前記固定側金型と前記可動側金型との間の空間に成形材料を射出する工程と、
前記成形材料を冷却して硬化させる工程と、
前記固定側金型と前記可動側金型とを型開して当該光学部品を取り出す工程と、
を備えることを特徴とする光学部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットやクラウドの普及により、データ通信量が爆発的に増大している。一時的にデータを保管したり、インターネットへの接続を行なったりするデータセンター内でも、大容量のデータを高速でやり取りする必要がある。【０００３】
データセンター内のように短距離（数十ｍ〜数百ｍ）の伝送には、電気信号による通信も行われているが、高速化の点では光通信を行った方が有利である。短距離の光通信では、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）等の面発光型光源とマルチモードファイバとを組み合わせた、伝送速度が数ＧＨｚ〜１０ＧＨｚのシステムがすでに実現されている。【０００４】
マルチモードファイバは、光が通るコアがシングルモードファイバと比較して大きく設計されているため、コア内を多くのモードの光が伝送し、ＤＭＤ（Differential Modal Dispersion）が発生する可能性がある。ＤＭＤが発生すると光波形が劣化しやすくなるため伝送距離が制限される可能性がある。【０００５】
マルチモードファイバのＤＭＤを改善する方法として、光渦を発生させるボルテックス位相板（Vortex Phase Plate）を用いる方法が知られている（例えば特許文献１又は２）。通常、レーザから出射される光は、中心部の強度が高い基本ガウシアン状の光強度分布を有するが、この光をボルテックス位相板に通過させると、中心部分の強度が零又は低下したリング状の光強度分布を有する光に変換することができる。ボルテックス位相板とは、例えば、連続又は階段状の螺旋形状（ボルテックス形状）が、いずれかの主面に形成された板状の光学部品である。【０００６】
よく知られているように、マルチモードファイバは製造方法によってはコアの中心部分の屈折率分布が不安定となっている場合があり、これはＤＭＤを引き起こす要因となる（例えば特許文献１又は２）。そこで、レーザから出射した光を、ボルテックス位相板を透過させて、リング状の光強度分布を有する光に変換した後、マルチモードファイバに入射させる。こうすることにより、マルチモードファイバのコアの中心部分に直接入射する光が抑制されるうえ、いわゆる高次の伝搬モードが主体となってファイバ内を伝搬するので、ＤＭＤの発生を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−４６３１２号公報
【特許文献２】特開２０１６−９１０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、光源とマルチモードファイバとの間にボルテックス位相板を配置する場合、光軸を揃えるべき光学部品が増加することとなるため、ボルテックス位相板を配置しない場合と比較して光軸調整が難しくなる可能性がある。また、これらの組合せが複数あるようなアレイタイプの光学系においては、その調整がさらに難しくなる可能性もある。【０００９】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、光渦を発生させるような光学系において、光軸調整を容易とする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の光学部品は、基板と、基板の第１主面上に形成されたレンズと、レンズの表面に形成されたボルテックス形状とを備える。【００１１】
基板における第１主面と反対側の第２主面上に配置された光学素子をさらに備えてもよい。【００１２】
光学素子は、レンズ、偏光子、波長板、位相板、プリズム、回折格子、フィルタ、ミラー、ハーフミラー、発光素子および受光素子の少なくとも一つであってもよい。【００１３】
ボルテックス形状を備える複数のレンズが、基板の第１主面上にアレイ状に配置されてもよい。【００１４】
本発明の別の態様は、上述の光学部品の製造方法である。この方法は、ボルテックス形状を備えるレンズの反転形状が形成された型に光硬化性樹脂を滴下する工程と、型に基板を貼り合わせて、光硬化性樹脂を展開する工程と、光硬化性樹脂に光を照射して硬化させる工程と、型を脱型して当該光学部品を取り出す工程とを備える。【００１５】
本発明のさらに別の態様もまた、上述の光学部品の製造方法である。この方法は、ボルテックス形状を備えるレンズの反転形状が形成された型が搭載された固定側金型と、可動側金型とを型閉めした後、固定側金型と可動側金型との間の空間に成形材料を射出する工程と、成形材料を冷却して硬化させる工程と、固定側金型と可動側金型とを型開して当該光学部品を取り出す工程とを備える。【００１６】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ボルテックス形状を備え、光渦を発生させるような光学系を用いて、レーザなどの光源とマルチモードファイバとを結合する場合において、それらの光軸調整を容易とする技術を提供できる。また、光学系を構成する部品点数を削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る光学部品を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光学部品を用いた光モジュールの概略構成図である。
【図３】図３（ａ）および（ｂ）は、マルチモードファイバに入射する光の強度分布を説明するための図である。
【図４】光学部品に光学素子を組み合わせた実施形態を示す図である。
【図５】本発明の別の実施形態に係る光学部品を説明するための斜視図である。
【図６】機械加工で作製されたマスター型の概略斜視図である。
【図７】機械加工で作製されたマスター型の概略部分断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｅ）は、フォトリソグラフィによるマスター型の作製工程を説明するための図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｄ）は、レプリカ型の作製工程を説明するための図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｄ）は、２Ｐ成形による光学部品の作製工程を説明するための図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、射出成形による光学部品の作製工程を説明するための図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１実施例に係る光学部品の６面図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｅ）は、図１２（ａ）〜（ｆ）に示す光学部品のＡ−Ｂ部分拡大図である。
【図１４】図１４（ａ）および（ｂ）は、図１２（ａ）〜（ｆ）に示す光学部品のＡ−Ｂ部分拡大斜視図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第２実施例に係る光学部品の６面図である。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｅ）は、図１５（ａ）〜（ｆ）に示す光学部品のＡ−Ｂ部分拡大図である。
【図１７】図１７（ａ）および（ｂ）は、図１５（ａ）〜（ｆ）に示す光学部品のＡ−Ｂ部分拡大斜視図である。
【図１８】図１８（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第３実施例に係る光学部品の６面図である。
【図１９】図１９（ａ）〜（ｅ）は、図１８（ａ）〜（ｆ）に示す光学部品のＡ−Ｂ部分拡大図である。
【図２０】図２０（ａ）および（ｂ）は、図１８（ａ）〜（ｆ）に示す光学部品のＡ−Ｂ部分拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る光学部品について説明する。この光学部品は、ボルテックス形状を含む光学部品である。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２０】
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る光学部品１０を説明するための図である。図１（ａ）は光学部品１０の斜視図であり、図１（ｂ）は光学部品１０の側面図である。図１（ａ）および（ｂ）に示すように、光学部品１０は、基板１１上にレンズ１２が形成されたものである。
【００２１】
基板１１は、第１主面１１ａと、第１主面１１ａとは反対側の第２主面１１ｂとを有する板状体である。基板１１を構成する材料としては、例えば樹脂またはガラスを使用できる。
【００２２】
レンズ１２は、基板１１の第１主面１１ａ上に形成される。図１（ａ）および（ｂ）に示すレンズ１２は球面凸レンズであるが、球面凹レンズ、非球面凸レンズ、非球面凹レンズ等とすることもできる。
【００２３】
本実施形態に係る光学部品１０において、レンズ１２の表面にはボルテックス形状１３が形成される。以下において、表面にボルテックス形状が形成されたレンズを「ボルテックス・オン・レンズ」と称する。ボルテックス形状１３は、光軸の回りに連続又は階段状に形成された螺旋形状の光学要素であり、光渦の発生すなわち、円周方向に位相差を持った光に変換する機能を有する。このボルテックス形状１３により、入射光は円周方向に位相差を持った光に変換され、リング状の光強度分布を有する光が得られる。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、ボルテックス形状１３は、最大の段差ｄを有する。この段差ｄは、ボルテックス形状１３の最も高い所と最も低い所との差である。ボルテックス形状１３における一周内の段差ｄの形状の繰り返し数（サイクル数）であるチャージ数をｍｃ、使用波長をλとしたとき、位相差ΔΦはΔΦ＝２π×ｍｃ×Δｎ×ｄ／λで表される。Δｎはボルテックス形状を構成する材料と周辺の媒質の、使用波長λにおける屈折率の差である。ボルテックス形状１３としては、与えるべき位相差に応じてさまざまな種類を用いることができる。例えば、一周で２πの位相差を与えるもの（チャージ数ｍｃ＝１、位相差ΔΦ＝２π）、３６０度連続して位相差を与えるもの、１８０度で２πずつ位相差を与えるもの（ｍｃ＝２、ΔΦ＝２π×２）、１２０度で２πずつ位相差を与えるもの（ｍｃ＝３、ΔΦ＝２π×３）などを用いることができる。また位相差ΔΦが２π×ｍ（ｍは整数）の場合に、中心軸に対し最も軸対称性の高いリング状の光強度分布を有する光ビームが得られる。
【００２５】
レンズ１２とボルテックス形状１３とは、それらの光軸が一致するように配置される（図２（ｂ）に示すように一致した光軸を光学部品１０の光軸Ａｘとする）。
【００２６】
図２は、本実施形態に係る光学部品１０を用いた光モジュール３０の概略構成図である。図２に示すように、光モジュール３０は、光源３２と、光学部品１０と、集光レンズ３４と、マルチモードファイバ３６とを備える。図２は、光源３２から出射された光が、光学部品１０および集光レンズ３４を介してマルチモードファイバ３６のコア３６ａに入射する様子を示している。
【００２７】
光源３２としては、ＶＣＳＥＬ等の面発光レーザや、その他の端面発光型のレーザダイオード等を利用できる。光学部品１０は、例えばレンズが形成されていない基板１１の第２主面１１ｂが光源３２からの光を受ける入射面となるよう配置されるがこれに限られるものではない。光学部品１０に入射した光は、レンズ１２によって平行光とされるとともに、所定の条件を備えるボルテックス形状１３によって、その波面が螺旋状に回転するとともにリング状の光強度分布を有する光に変換される。光学部品１０から出射されたリング状の光強度分布を有する平行光は、光学部品１０と対向するように配置された集光レンズ３４により集光され、マルチモードファイバ３６のコア３６ａに入射する。なお、図２は、実施形態の一例であって、他の構成によっても同様な機能が実現できる。たとえば、光学部品１０のレンズ１２が形成された第１主面１１ａを光源３２の側に向けてもよく、また、光学部品１０と集光レンズ３４を入れ替えてもよい。
【００２８】
図３（ａ）および（ｂ）は、マルチモードファイバに入射する光の強度分布を説明するための図である。図３（ａ）は、比較例として、図２に示す光モジュール３０において光学部品１０に代えて単なるコリメートレンズを配置した場合の、マルチモードファイバに入射する光の強度分布を示す。図３（ｂ）は、本実施形態に係る光学部品１０を用いた場合の、マルチモードファイバに入射する光の強度分布を示す。
【００２９】
図３（ａ）および（ｂ）を比較して分かるように、本実施形態に係る光学部品１０を用いることにより、中心部分の強度が低下したリング状の強度分布を有する光をマルチモードファイバ３６のコア３６ａに入射することができる。これにより、屈折率が不安定になっている可能性があるコア３６ａの中心部分に入射する光が無くなるので、ＤＭＤの発生が抑制され、結果として光モジュール３０の光伝送性能を向上することができる。
【００３０】
光モジュールにおいて、ボルテックス位相板と他の２つのレンズ（すなわちコリメートレンズおよび集光レンズ）を別々の部品として作製し、それらを組み合わせて使用する場合、ボルテックス位相板と他のレンズの光軸を揃えて固定する必要がある。しかしながら、当然ながら光学部品の数が増えると光軸調整は難しくなる。本実施形態のようにレンズ１２の表面にボルテックス形状１３を形成してこれらを一体化することで、光学部品１０をあたかも通常の一枚のレンズと同様に扱うことができる。すなわち、光学部品１０と集光レンズ３４の２つの部品の光軸を揃えればよいので、ボルテックス位相板と他の２つのレンズの光軸調整を行う場合と比較して、光軸調整が容易となる。このことは、複数のアレイ状の積層された光学部品を取り扱うときにさらに有利になる。
【００３１】
本実施形態に係る光学部品１０において、光学部品の外部の媒質（例えば空気）に露出した表面、すなわち、第１主面１１ａ（レンズ１２、ボルテックス形状１３）および第２主面１１ｂには、反射損失を抑えるために反射防止層が形成されてもよい。反射防止層は、例えば、誘電体多層膜や数十〜数百ナノメータの周期を有する微細構造、外部の媒質の屈折率と光学素子の屈折率の中間の屈折率を持つマッチング層などで形成されてよい。
【００３２】
図４は、光学部品１０に光学素子４０を組み合わせた実施形態を示す。本実施形態に係る光学部品１０において、基板１１の第２主面１１ｂは平面状に形成されている。従って、第２主面１１ｂには自由に他の光学素子４０を配置することができる。第２主面１１ｂに配置される光学素子４０は、例えば、レンズ、偏光子、波長板、位相板、プリズム、回折格子、フィルタ、ミラー、ハーフミラー、発光素子および受光素子などであってよい。第２主面１１ｂは平面状であるので、面上に電極や金属配線を形成したうえで、発光素子や受光素子を実装することができ、この点においても有利である。このように第２主面１１ｂに光学素子４０を配置することにより、光学素子４０と光学部品１０を別々に離間して配置する場合よりも光モジュールの省スペース化を図ることができる。また、光学素子４０を光学部品１０に直接固定しているので、光学素子４０と光学部品１０の光軸調整が容易であり、また固定後の光軸ずれも発生しにくいという利点もある。
【００３３】
図５は、本発明の別の実施形態に係る光学部品５０を説明するための斜視図である。図５に示す光学部品５０は、複数のボルテックス・オン・レンズ５２を基板５１の第１主面５１ａ上にアレイ状に配置したレンズアレイである。
【００３４】
図２に示す実施形態では、１本のマルチモードファイバ３６に光を入射する場合を説明したが、複数のマルチモードファイバ３６を並べて空間的な多重化を行う場合は、図５に示すような光学部品５０と、配列された集光レンズ３４（図２参照）のアレイを使用する。この場合、光学部品５０と集光レンズ３４のアレイとを光軸調整すればよいため、アレイ状のボルテックス形状と他の２つのレンズアレイを光軸調整する場合と比較して、光軸調整を遙かに容易に行うことができる。
【００３５】
次に、上記のような光学部品の製造方法について説明する。ここでは代表的な２つの製造方法を説明する。
【００３６】
（１）２Ｐ（Photo Polymerization）成形
２Ｐ成形とは、紫外線硬化による成形であり、光学的に設計された形状を持つ型（モールド）に紫外線硬化性樹脂を充填し、基板となるガラス、アクリル等の板と貼り合わせ、紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、脱型して基板上に型の反転形状を転写成形する成形法である。ここでは、基板としてガラス基板を用いて、２Ｐ成形方法で上記のアレイ状に配置されたボルテックス・オン・レンズを備える光学部品５０を形成する場合を説明する。
【００３７】
光学部品５０を成形するための型を作製する方法には、機械加工で金型母材に作製する方法と、フォトリソグラフィで写真感剤やフォトレジストなどの感光体に作製する方法とがある。
【００３８】
図６は、機械加工で作製されたマスター型６０の概略斜視図である。図７は、機械加工で作製されたマスター型６０の概略部分断面図である。機械加工でマスター型６０を作製する場合、例えば、ステンレス鋼材６１の表面に無電解ニッケル−リンめっき６２を施した金型母材に、超精密ナノ加工機の超精密切削工具を用いて、ボルテックス・オン・レンズの反転形状６３を加工形成する。
【００３９】
ボルテックス・オン・レンズのマスター型は、レンズ成形時の材料である紫外線硬化性樹脂の屈折率１．６（波長８５０ｎｍ）を用い、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）から放射角２０°で発光された光を平行光にする仕様に基づいて設計した。具体的には、マスター型は、レンズ径＝φ０．２４ｍｍ、レンズ高さ（ｓａｇ）＝０．０３３ｍｍの軸対称の非球面形状をベースとし、このベースとなる非球面形状上に段差ｄ＝０．００９ｍｍの段差形状を付加したボルテックス・オン・レンズを１６個、０．２５ｍｍ間隔で配置する設計とした。ボルテックス形状は、マルチモードファイバとの光接続に適した軌道角運動量の光渦が得られるよう、ΔΦ＝２π×６の位相差を生じさせるような設計とした。
【００４０】
図８（ａ）〜（ｅ）は、フォトリソグラフィによるマスター型の作製工程を説明するための図である。まず、図８（ａ）に示すように基板（例えばシリコンウェハ）８０上にフォトレジスト８１を塗布し、続いて図８（ｂ）に示すようにレーザ直接描画装置でボルテックス・オン・レンズの形状を露光する。次に、図８（ｃ）に示すように現像液で現像してボルテックス・オン・レンズの形状８２を形成し、図８（ｄ）に示すようにこのフォトレジストで作製したボルテックス・オン・レンズの形状８２から、Ｎｉめっき８３でボルテックス・オン・レンズの反転形状８４を転写する。最後に、図８（ｅ）に示すように脱型し、マスター型（Ｎｉ電鋳スタンパ）８５が得られる。
【００４１】
上記のようにして作製したマスター型を２Ｐ成形用の型として使用することもできるが、金属製であるマスター型は紫外線を透過させることができないため、２Ｐ成形の基板が紫外線を透過させる材質である制限が生じることや、取り扱い時の破損等の防止の観点からマスター型を保護する効果を含めて、２Ｐ成形でガラス基板にレプリカ型を成形して２Ｐ成形用の型として使用するのが望ましい。
【００４２】
レプリカ型を作製するのに使用する紫外線硬化性樹脂は、本発明の光学部品を成形するのに使用する紫外線硬化性樹脂と同じである必要はなく、レプリカ型として繰り返し転写性や形状（寸法）安定性に優れた（例えば硬化収縮の少ない）紫外線硬化性樹脂を使用する。
【００４３】
図９（ａ）〜（ｄ）は、レプリカ型の作製工程を説明するための図である。まず、図９（ａ）に示すように、ボルテックス・オン・レンズの反転形状（凹形状）が形成されているマスター型９０を使用し、２Ｐ成形によりガラス基板９１上に紫外線硬化性樹脂９２で凸形状のレプリカ型を形成する。図９（ｂ）は、完成した凸形状のレプリカ型９３を示す。次に、図９（ｃ）に示すように、凸形状のレプリカ型９３を用いて、２Ｐ成形によりガラス基板９４上に紫外線硬化性樹脂９５で凹形状のレプリカ型を形成する。図９（ｄ）は、完成した凹形状のレプリカ型９６を示す。
【００４４】
マスター型９０およびレプリカ型９６には、紫外線硬化性樹脂の硬化後の脱型を容易にするために離型剤のコーティングを施すことが望ましい。離型剤は、例えば、フッ素系のコーティング剤で０．１％に希釈し、スピンコートやディップコートで塗布した後、６０℃、９０％ＲＨ程度の高温高湿雰囲気で１時間以上保持してコーティングする。
【００４５】
上記の実施例では、レプリカ型のベースとなる基板、レプリカ型から作製される光学部品の基板としてガラス基板を用いた。ガラス基板としては、使用する波長（例えば８５０ｎｍ）で透明であればよく、ソーダライムガラスやホウケイ酸ガラスをはじめ実質的にアルカリ金属元素を含まない無アルカリガラスも使用できる。ガラス表面にはボルテックス形状を成形する紫外線硬化性樹脂との接着性（強度）の改良のためにシランカップリング剤の表面処理を実施することが望ましい。表面処理は、例えば、ガラス基板に対してあらかじめＵＶオゾン洗浄やコロナ放電処理、プラズマ処理などで表面活性化処理を施し、０．１％に希釈したシランカップリング剤（アミノシラン）をスピンコートで塗布した後に、１２０℃、１０分間の乾燥を行う。
【００４６】
図１０（ａ）〜（ｄ）は、２Ｐ成形による光学部品の作製工程を説明するための図である。まず、図１０（ａ）に示すように、ボルテックス・オン・レンズ成形用のレプリカ型９６を準備し、該レプリカ型９６に紫外線硬化性樹脂１００を滴下する。紫外線硬化性樹脂１００は、エポキシ系の紫外線硬化性樹脂で、硬化後の屈折率が１．６（波長８５０ｎｍ）、光透過率９０％の特性を有するものを用いることができる。
【００４７】
次に、図１０（ｂ）に示すように、レプリカ型９６にガラス基板１０１を貼り合わせて、目標とする樹脂展開エリアまで紫外線硬化性樹脂１００を展開させる。
【００４８】
次に、図１０（ｃ）に示すように、ガラス基板１０１を介して紫外線硬化性樹脂１００に紫外線を照射し、紫外線硬化性樹脂１００を硬化させる。硬化条件は、例えば、波長３６０ｎｍの紫外線、照射エネルギー５００Ｊ／ｃｍ２（例えば照射強度１０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線で照射時間５０秒）であってよい。紫外線硬化性樹脂１００の硬化後、図１０（ｄ）に示すようにレプリカ型９６の脱型を行い、光学部品５０を得る。
【００４９】
（２）射出成形
次に、射出成形について説明する。ここでも、アレイ状に配置されたボルテックス・オン・レンズを備える光学部品５０を形成する場合を説明する。
【００５０】
ボルテックス・オン・レンズの型（駒）は、光学部品５０の成形に使用する樹脂の屈折率１．５２（波長８５０ｎｍ）で、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）から放射角２０°で発光された光を平行光にする機能を備えるように設計した。具体的には、レンズ径＝φ０．２４ｍｍ、レンズ高さ（ｓａｇ）＝０．０３５ｍｍの軸対称の非球面形状をベースとし、このベースとなる非球面形状上に段差ｄ＝０．０１ｍｍの段差形状を付加したボルテックス・オン・レンズを１６個、０．２５ｍｍ間隔で配置する設計とした。ボルテックス形状は、マルチモードファイバとの光接続に適した軌道角運動量の光渦が得られるよう、位相を６周期シフトする設計とした。
【００５１】
射出成形金型に組み込むボルテックス・オン・レンズの型は、上述した２Ｐ成形の場合と同様に、機械加工で金型母材に作製する方法で形成されてもよいし、フォトリソグラフィで写真感剤やフォトレジストなどの感光体に作製する方法で形成されてもよい。フォトリソグラフィによる方法の場合、図８（ａ）〜（ｅ）で説明したＮｉ電鋳スタンパにステンレス鋼材を裏打ちして射出成形金型に組み込む型を作製する。
【００５２】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、射出成形による光学部品の作製工程を説明するための図である。図１１（ａ）に示すように、固定側金型１１０のキャビティにボルテックス・オン・レンズの型１１１が搭載され、固定側金型１１０と対向するように可動側金型１１２が配置される。
【００５３】
次に、図１１（ｂ）に示すように固定側金型１１０と可動側金型１１２とを型閉めした後、射出成形機付属の射出ユニット（図示せず）を用いて樹脂注入口（スプルー）１１３を介して固定側金型１１０と可動側金型１１２との間の空間１１５に成形材料（樹脂）を射出する。成形材料は、例えばシクロオレフィンポリマーであってよい。成形品の着色等を防ぐために、例えば１００℃で４時間の予備加熱を実施して、溶存空気を除去しておくことが望ましい。
【００５４】
成形材料を冷却して硬化させた後、図１１（ｃ）に示すように、固定側金型１１０から可動側金型１１２を引き離して型開きする。押し出しピン１１４を用いて可動側金型１１２から成形品を押し出すことにより、本実施形態に係る光学部品５０が得られる。成形条件は、例えば、型締力１５トン、金型温度＝１００℃、樹脂温度＝２６０℃、射出時間１．５秒、保圧×時間＝１０ＭＰａ×１秒、冷却時間１０秒であってよい。
【００５５】
以上説明したように、本発明の実施形態に係る光学部品（レンズアレイ）は、光源から入射する光の方向および光強度分布を制御するものである。レンズの表面にボルテックス形状を形成して一体化することで、これらが別々の部品である場合と比較して、光軸調整が容易となる。この光学部品は、全体が透明である。
【００５６】
図１２（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１実施例に係る光学部品（レンズアレイ）の６面図である。この光学部品の寸法（基板の寸法）は、縦１．００ｍｍ×横４．５０ｍｍ×高さ０．０１ｍｍである。この第１実施例では、複数のレンズは、ボルテックス形状の段差（レンズの頂点から半径方向に伸びる線）がレンズの配列方向に対して平行となるように配置されている。図１２（ａ）は、光学部品の背面図である。図１２（ｂ）は、光学部品の平面図である。図１２（ｃ）は、光学部品の正面図である。図１２（ｄ）は、光学部品の底面図である。図１２（ｅ）は、光学部品の左側面図である。図１２（ｆ）は、光学部品の右側面図である。
【００５７】
図１３（ａ）〜（ｅ）は、図１２（ａ）〜（ｆ）に示す光学部品のＡ−Ｂ部分拡大図である。図１３（ａ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大平面図である。図１３（ｂ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大左側面図である。図１３（ｃ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大正面図である。図１３（ｄ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大右側面図である。図１３（ｅ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大背面図である。
【００５８】
図１４（ａ）および（ｂ）は、図１２（ａ）〜（ｆ）に示す光学部品のＡ−Ｂ部分拡大斜視図である。
【００５９】
図１５（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第２実施例に係る光学部品（レンズアレイ）の６面図である。この第２実施例では、複数のレンズは、ボルテックス形状の段差（レンズの頂点から半径方向に伸びる線）がレンズの配列方向に対して４５°傾斜するように配置されている。図１５（ａ）は、光学部品の背面図である。図１５（ｂ）は、光学部品の平面図である。図１５（ｃ）は、光学部品の正面図である。図１５（ｄ）は、光学部品の底面図である。図１５（ｅ）は、光学部品の左側面図である。図１５（ｆ）は、光学部品の右側面図である。
【００６０】
図１６（ａ）〜（ｅ）は、図１５（ａ）〜（ｆ）に示す光学部品のＡ−Ｂ部分拡大図である。図１６（ａ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大平面図である。図１６（ｂ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大左側面図である。図１６（ｃ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大正面図である。図１６（ｄ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大右側面図である。図１６（ｅ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大背面図である。
【００６１】
図１７（ａ）および（ｂ）は、図１５（ａ）〜（ｆ）に示す光学部品のＡ−Ｂ部分拡大斜視図である。
【００６２】
図１８（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第３実施例に係る光学部品（レンズアレイ）の６面図である。この第３実施例では、複数のレンズは、ボルテックス形状の段差（レンズの頂点から半径方向に伸びる線）がレンズの配列方向に対して直交するように配置されている。図１８（ａ）は、光学部品の背面図である。図１８（ｂ）は、光学部品の平面図である。図１８（ｃ）は、光学部品の正面図である。図１８（ｄ）は、光学部品の底面図である。図１８（ｅ）は、光学部品の左側面図である。図１８（ｆ）は、光学部品の右側面図である。
【００６３】
図１９（ａ）〜（ｅ）は、図１８（ａ）〜（ｆ）に示す光学部品のＡ−Ｂ部分拡大図である。図１９（ａ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大平面図である。図１９（ｂ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大左側面図である。図１９（ｃ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大正面図である。図１９（ｄ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大右側面図である。図１９（ｅ）は、光学部品のＡ−Ｂ部分拡大背面図である。
【００６４】
図２０（ａ）および（ｂ）は、図１８（ａ）〜（ｆ）に示す光学部品のＡ−Ｂ部分拡大斜視図である。
【００６５】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００６６】
１０，５０  光学部品、  １１，５１，８０  基板、  １２  レンズ、  １３  ボルテックス形状、  ３０  光モジュール、  ３２  光源、  ３４  集光レンズ、  ３６  マルチモードファイバ、  ４０  光学素子、  ５２  ボルテックス・オン・レンズ、  ６０，８５，９０  マスター型、  ６１  ステンレス鋼材、  ６２  無電解ニッケル−リンめっき、  ６３，８４  反転形状、  ８１  フォトレジスト、  ８２  形状、  ８３  Ｎｉめっき、  ９１，９４，１０１  ガラス基板、  ９２，９５，１００  紫外線硬化性樹脂、  ９３，９６  レプリカ型、  １１０  固定側金型、  １１１  型、  １１２  可動側金型、  １１３  樹脂注入口、  １１４  ピン、  １１５  空間。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、マルチモードファイバを用いた光通信に利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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