(57)【要約】【課題】本開示は、部品点数及び加工工程を増加させずに、適切な間隔を保つことの可能なレンズアレイの提供を目的とする。【解決手段】本開示は、平坦な保持面２４Ａに保持され、保持面２４Ａと垂直な所定平面ＰＣ内に非球面レンズ２３の中心軸ＡＣが並列に配置されている複数の非球面レンズ２３と、保持面２４Ａ上で複数の非球面レンズ２３を保持するレンズ保持部２４と、保持面２４Ａに配置され、保持面２４Ａからの高さが複数の非球面レンズ２３よりも高い位置に頂上面２２Ａを有する複数のスペーサ２２と、を備え、スペーサ２２に備わる各頂上面２２Ａは、非球面レンズ２３の光軸ＡＣに垂直な保持面２４Ａに対して等しい所定の角度で傾斜しているレンズアレイである。【選択図】図１
2018036637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な保持面に保持され、前記保持面と垂直な所定平面内にレンズの中心軸が並列に配置されている複数の非球面レンズと、
平坦な前記保持面上で前記複数の非球面レンズを保持するレンズ保持部と、
前記保持面に配置され、前記保持面からの高さが前記複数の非球面レンズよりも高い位置に凸面を有する複数の凸部と、
を備え、
前記複数の凸部に備わる各凸面は、前記非球面レンズの光軸に垂直な面に対して等しい所定の角度で傾斜している、
レンズアレイ。
【請求項２】
平坦な保持面に保持され、前記保持面と垂直な所定平面内にレンズの中心軸が並列に配置されている複数の非球面レンズと、
平坦な前記保持面上で前記複数の非球面レンズを保持するレンズ保持部と、
前記保持面に配置され、前記保持面からの高さが前記複数の非球面レンズよりも高い位置に凸面を有する複数の凸部と、
を備え、
前記複数の凸部に備わる各凸面は、前記非球面レンズの光軸に垂直な面と平行であり、
前記保持部の前記凸面に対向する裏面が、前記非球面レンズの光軸に垂直な面に対して等しい所定の角度で傾斜している、
レンズアレイ。
【請求項３】
前記複数の凸部は、前記保持面のうち、前記複数の非球面レンズの配列方向における前記複数の非球面レンズの両端よりも外側であり、かつ、前記複数の非球面レンズの配列方向に直交する方向における前記複数の非球面レンズの両端よりも外側に配置されている、
請求項１又は２に記載のレンズアレイ。
【請求項４】
前記複数の凸面の面積は、前記非球面レンズの前記保持面への投影面積よりも広く、
前記複数の凸部は、前記保持面のうち、前記複数の非球面レンズの配列方向における前記複数の非球面レンズの両端に隣接する位置に配置されている、
請求項１から３のいずれかに記載のレンズアレイ。
【請求項５】
２本の光ファイバごとに１つの前記非球面レンズを有し、各々の前記非球面レンズが前記２本の光ファイバからの光を前記非球面レンズごとに定められた反射面の一点に集光する、請求項１から４のいずれかに記載の第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイに備わる各々の前記非球面レンズに対して２本の光ファイバを有し、各光ファイバの長手方向が前記所定平面内で前記非球面レンズの中心軸と平行に配置されているファイバアレイと、
を備えるファイバアレイモジュール。
【請求項６】
前記第１のレンズアレイにおける前記光ファイバの光軸に垂直な面に対する前記光ファイバの端面の角度は略８度であり、
前記第１のレンズアレイにおける前記所定の角度は、前記光ファイバの端面の角度及び前記光ファイバの出射光の屈折角度に応じて定められる、
請求項５に記載のファイバアレイモジュール。
【請求項７】
各々の前記非球面レンズの前記反射面を形成し、前記一点に集光された光の一部を透過し、前記一点に集光された光の一部を反射する部分透過膜と、
複数のＧＲＩＮレンズを有し、前記反射面から透過された各々の前記平行光が異なる前記ＧＲＩＮレンズの一端に入射され、前記ＧＲＩＮレンズの他端から出射する各光を前記ＧＲＩＮレンズごとに定められた点に集光するＧＲＩＮレンズアレイと、
をさらに備える、
請求項５又は６に記載のファイバアレイモジュール。
【請求項８】
請求項７に記載のファイバアレイモジュールと、
前記ＧＲＩＮレンズアレイで集光された各光を受光する受光素子アレイと、
を備える受光モジュール。
【請求項９】
各々の前記非球面レンズの前記反射面を形成し、前記一点に集光された光の一部を透過し、前記一点に集光された光の一部を反射する部分透過膜と、
前記部分透過膜から透過された光を透過する複数の貫通孔を有し、前記部分透過膜から透過された各々の光が異なる前記貫通孔の一端に入射され、前記貫通孔を通過後の光を各貫通孔の他端から出射する光部品と、
前記複数の貫通孔の前記他端から出射された各光を前記貫通孔ごとに定められた点に集光する第２のレンズアレイと、
をさらに備える、
請求項５又は６に記載のファイバアレイモジュール。
【請求項１０】
請求項９に記載のファイバアレイモジュールと、
前記第２のレンズアレイで集光された各光を受光する受光素子アレイと、
を備える受光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レンズアレイ、ファイバアレイモジュール及び受光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＷＤＭ伝送用の受光モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の受光モジュールは、ファイバアレイから出射したビームをレンズアレイでコリメートし、伝送路中の光をモニタするために、ビームの一部をビームスプリッタバーで分岐し、後段に設置されたＰＤで受光する。ビームスプリッタバーで反射された光は、レンズアレイを介して光ファイバに戻される。
【０００３】
特許文献１の受光モジュールは、ビームスプリッタバーで反射された光を光ファイバに戻すために、光ファイバとレンズの間隔やレンズアレイとビームスプリッタの間隔を適切に保つ必要である。
【０００４】
一方で、レンズアレイとの適切な間隔を保つための技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２では、光ファイバとレンズアレイの間隔に適したスペーサ、レンズアレイと光フィルタとの間隔に適した透明部材、光フィルタとフォトダイオードとの間隔に適したスペーサ、透明部材を順に配置し、それらにガイドピンを通し、外部から締め付け機構で固定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−０９３１３１号公報
【特許文献２】特開２００５−０４３７６２号公報
【特許文献３】特開平３−１３１８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２の技術は、透明部材とスペーサが必要であるため、部品点数が増える問題がある。また、特許文献２の技術は、スペーサも含めた各構成部品にガイド孔加工が必要である上、全体を締め付け固定する機構が必要であるため、加工工程が増加する問題がある。
【０００７】
そこで、本開示は、部品点数及び加工工程を増加させずに、適切な間隔を保つことの可能なレンズアレイの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示のレンズアレイは、
平坦な保持面に保持され、前記保持面と垂直な所定平面内にレンズの中心軸が並列に配置されている複数の非球面レンズと、
平坦な前記保持面上で前記複数の非球面レンズを保持するレンズ保持部と、
前記保持面に配置され、前記保持面からの高さが前記複数の非球面レンズよりも高い位置に凸面を有する複数の凸部と、
を備え、
前記複数の凸部に備わる各凸面は、前記非球面レンズの光軸に垂直な面に対して等しい所定の角度で傾斜している。
【０００９】
本開示のレンズアレイは、
平坦な保持面に保持され、前記保持面と垂直な所定平面内にレンズの中心軸が並列に配置されている複数の非球面レンズと、
平坦な前記保持面上で前記複数の非球面レンズを保持するレンズ保持部と、
前記保持面に配置され、前記保持面からの高さが前記複数の非球面レンズよりも高い位置に凸面を有する複数の凸部と、
を備え、
前記複数の凸部に備わる各凸面は、前記非球面レンズの光軸に垂直な面と平行であり、
前記保持部の前記凸面に対向する裏面が、前記非球面レンズの光軸に垂直な面に対して等しい所定の角度で傾斜している。
【００１０】
本開示のファイバアレイモジュールは、
２本の光ファイバごとに１つの前記非球面レンズを有し、各々の前記非球面レンズが前記２本の光ファイバからの光を前記非球面レンズごとに定められた反射面の一点に集光する、本開示の第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイに備わる各々の前記非球面レンズに対して２本の光ファイバを有し、各光ファイバの長手方向が前記所定平面内で前記非球面レンズの中心軸と平行に配置されているファイバアレイと、
を備える。
【００１１】
本開示のファイバアレイモジュールは、
各々の前記非球面レンズの前記反射面を形成し、前記一点に集光された光の一部を透過し、前記一点に集光された光の一部を反射する部分透過膜と、
前記部分透過膜から透過された光を透過する複数の貫通孔を有し、前記部分透過膜から透過された各々の光が異なる前記貫通孔の一端に入射され、前記貫通孔を通過後の光を各貫通孔の他端から出射する光部品と、
前記複数の貫通孔の前記他端から出射された各光を前記貫通孔ごとに定められた点に集光する第２のレンズアレイと、
をさらに備えていてもよい。
ここで、前記貫通孔にＧＲＩＮレンズを配置し、前記第２レンズアレイを省略してもよい。この場合、前記光部品は、ＧＲＩＮレンズで定められた集光点に集光する。
【００１２】
本開示の受光モジュールは、本開示に係るファイバアレイモジュールと、受光素子アレイと、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本開示によれば、部品点数及び加工工程を増加させずに、適切な間隔を保つことの可能なレンズアレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係るファイバアレイモジュールの構成例を示す。
【図２】第１の実施形態に係るレンズアレイの第１例である。
【図３】第１の実施形態に係るレンズアレイの第２例である。
【図４】ガラスモールド工程の模式図である。
【図５】第１の実施形態の光ファイバ−レンズ光学系の一例である。
【図６】第１の実施形態におけるパラメータの一例である。
【図７】第２の実施形態に係るファイバアレイモジュールの構成例を示す。
【図８】第２の実施形態に係るレンズアレイの第１例である。
【図９】第２の実施形態に係るレンズアレイの第２例である。
【図１０】第２の実施形態の光ファイバ−レンズ光学系の一例である。
【図１１】第２の実施形態におけるパラメータの一例である。
【図１２】第３の実施形態に係るファイバアレイモジュールの一例を示す。
【図１３】第３の実施形態に係る受光モジュールの一例を示す。
【図１４】第４の実施形態に係るファイバアレイモジュールの一例を示す。
【図１５】第４の実施形態に係る受光モジュールの一例を示す。
【図１６】第５の実施形態におけるファイバアレイのｚ方向からみた接続面の一例を示す。
【図１７】第５の実施形態における受光モジュールのｘ方向からみた構成の一例を示す。
【図１８】第３の実施形態に係るファイバアレイとレンズアレイの拡大図の一例を示す。
【図１９】第３の実施形態に係るファイバアレイモジュールの他の一例を示す。
【図２０】第３の実施形態に係る受光モジュールの他の一例を示す。
【図２１】第３の実施形態に係るファイバアレイモジュールの他の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１に、本実施形態に係るファイバアレイモジュールの構成例を示す。本実施形態に係るファイバアレイモジュールは、複数の非球面レンズ２３−１〜２３−４が配列されているレンズアレイ２と、複数の光ファイバ１１Ａ及び１１Ｂが配列されているファイバアレイ１と、を備える。ファイバアレイ１及びレンズアレイ２は、４つのファイバ−レンズ光学系が、所定平面ＰＣ上に並列に配置されている例を示す。
【００１７】
レンズアレイ２に備わる各非球面レンズ２３は、ファイバ−レンズ光学系を基本単位として備える。各非球面レンズの中心軸である光軸ＡＣは、所定平面ＰＣ内に並列に配列されている。ファイバアレイ１は、各々の非球面レンズ２３−１〜２３−４に対して２本の光ファイバ１１Ａ及び１１Ｂを有する。
【００１８】
図２及び図３に、レンズアレイの構成例を示す。本実施形態に係るレンズアレイ２は、複数の非球面レンズ２３と、レンズ保持部２４と、適切な間隔を保つための複数のスペーサ２２と、を備える。図２のレンズアレイ２は２個のスペーサ２２−１及び２２−２を備え、図３のレンズアレイ２は４個のスペーサ２２−１，２２−２，２２−３，２２−４を備える。複数のスペーサ２２の面積は、非球面レンズ２３のレンズ保持面２４への投影面積よりも広いことが好ましい。
【００１９】
レンズ保持部２４は、平坦なレンズ保持面２４Ａ上で複数の非球面レンズ２３を保持する。非球面レンズ２３は、平坦なレンズ保持面２４Ａに保持され、レンズ保持面２４Ａと垂直な所定平面ＰＣ内に非球面レンズ２３の中心軸ＡＣが並列に配置されている。図２の例では、ｘｙ面に平行なレンズ保持面２４Ａに、ｘ軸方向をアレイ方向とする非球面レンズ２３が形成されている。
【００２０】
複数のスペーサ２２は、レンズ保持面２４Ａのうち、複数の非球面レンズ２３の配列方向であるｘ軸方向の両脇に、非球面レンズ２３−１及び２３−４に隣接するように配置されている。例えば、図２において、非球面レンズ２３−１とスペーサ２２−１の間Ｓ２２，２３、非球面レンズ２３−４とスペーサ２２−２の間Ｓ２２，２３は、図中のｙ方向に平行な点線で示すように、レンズ保持面２４Ａ上にて平坦部が確保されていることが好ましい。これにより、ファイバアレイ１との接続作業のときは、図のｙ方向から観察すれば、ファイバアレイ１とレンズアレイ２全体の位置関係を確認することができる。
【００２１】
また、複数のスペーサ２２は、レンズ保持面２４Ａのうち、複数の非球面レンズ２３の配列方向に直交するｙ方向における複数の非球面レンズ２３の両端よりも外側に配置されている。例えば、図３に示すように、ｘ方向から観た時にも、非球面レンズ２３の全体がｙ軸方向からと同じように見えるように、そのｘ方向投影部分だけ削り取ったようなスペーサ２２の形をしていることが好ましい。これにより、ファイバアレイ１との接続作業の時に、ｙ方向からだけでなく、ｘ方向からも光ファイバと非球面レンズ２３との位置関係を確認することができる。
【００２２】
本実施形態のスペーサ２２は、レンズアレイ２と一体に形成されている。このため、部品点数を増やさず、かつ、加工工程の数を増加させずに、ファイバアレイ１とレンズアレイ２との適切な間隔を保つことができる。この場合、レンズアレイ２の凹部加工と同時にスペーサ２２が加工されるため、スペーサ２２の側壁はレンズアレイ２の凹部加工の曲率半径Ｒ２２で湾曲している。曲率半径Ｒ２２は、例えば１５０μｍである。
【００２３】
スペーサ２２は、レンズ保持面２４Ａからの高さが複数の非球面レンズ２３よりも高い位置に凸面すなわち頂上面２２Ａを有する。レンズアレイ２の裏面２４Ｂはレンズ保持面２４Ａと平行になっており、部分透過膜４が付着されている。各頂上面２２Ａは、非球面レンズ２３の光軸ＡＣに垂直な面に対して等しい所定の角度で傾斜している。図２の例では、スペーサ２２の頂上面２２Ａのレンズ光軸アレイで構成された平面（ｘｚ面に平行な面）との交線と非球面レンズ２３の頂点との距離は図６に示す凸側焦点距離ｆｖになるように設定されており、その状態で、頂上面２２Ａはファイバアレイ１の端面の傾きに合わせてｘｙ面に対して所定の角度斜めになっている。所定の角度は、略８度であり、例えば７°以上９°以下である。なお、所定の角度は、８度に限定されるものではない。
【００２４】
図４に、レンズアレイ２の作製例を示す。本実施形態に係るレンズアレイ２は、ガラスモールド工程を用いて作製することができる。ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）等で作られたピストン状の上金型５３とレンズ形状とともにスペーサ２２の形状の凹部が掘りこまれた下金型５４の間に、所望する出来上がり体積の原料ガラス塊５５を挟み、真空中、屈伏点以上の高温でプレスする。当然ながら、下金型形状は、レンズアレイ２より、スペーサ２２用の凹部のほうが深くなる。
【００２５】
原料ガラス塊がプレスされた際、スペーサ２２用の凹部に原料が流れ込んで下金型形状がガラス隗５５に転写されるわけであるが、プレス工程での原料の移動しやすさを確保するため、スペーサ２２用の凹部の深さｄｓはレンズアレイ２の平坦部厚みｔｂより浅くしておくことが好ましい。プレス工程での原料移動が不十分な場合、見かけ上凹部が隙間なく埋まったとしても、冷却後に大きな形状誤差や、残留応力による割れが発生する可能性がある。スペーサ２２用の凹部の深さｄｓがレンズアレイ２の平坦部の厚みｔｂより浅くすれば、プレス工程での原料移動が十分に行き渡り、冷却後の形状誤差や割れの発生を防ぐことができる。
【００２６】
図５に、本実施形態に係る第１のファイバ−レンズ光学系を示す。以下方向は図中の直交ｘｙｚ座標軸に倣って説明する。図の左側には、ｘｚ平面内において、ｚ軸に平行で、ｘ軸方向に等しいファイバ間隔ｄｆで光ファイバ１１Ａ及び１１Ｂの並べられたファイバアレイ１が配置されている。ファイバアレイ１は、ｘ軸に平行でｙ軸に対して所定の角度をなす平面を端面として、例えば、テンパックスガラス等の筐体によって保持されて構成されている。
【００２７】
図の右側には、ｚ軸に平行な光軸を有する非球面レンズ２３が光軸方向であるｚ軸に垂直な面を共通平面としてｘ軸方向にファイバ間隔ｄｆの倍の間隔２ｄｆでアレイ化されて、その凸側をファイバアレイ１に向けて後述する所定の距離の空気層３を挟んで配置されている。レンズ保持面２４Ａと裏面２４Ｂの厚みは、非球面レンズ２３と裏面２４Ｂとの距離が図中に示す凹側焦点距離ｆｃに一致するように設定されている。
【００２８】
ファイバアレイ１とレンズアレイ２の相対位置は、ｘ軸方向は、非球面レンズ２３の光軸ＡＣがファイバアレイ１の隣接する光ファイバ同士の中心線（この図では、光ファイバ１１Ａと光ファイバ１１Ｂの中心線）に一致するように、ｙ方向は、非球面レンズ２３の光軸ＡＣのアレイで形成された平面がファイバアレイ１に備わる各光ファイバ１１Ａ−１〜１１Ａ−４及び１１Ｂ−１〜１１Ｂ−４の中心線で形成された平面ＰＣと一致するように、およびｚ方向は、ファイバアレイ１の端面とレンズアレイ２の凸面頂点との距離が非球面レンズ２３の凸側焦点距離ｆｖに一致するように設定されている。図５の右端であるレンズアレイ２の裏面２４Ｂ側の表面には、所定の波長の光を所望の比率で反射／透過する機能を有する部分透過膜４が付着せしめられている。このような構成において、光ファイバ１１Ａの端面Ｐ１から出射した光の経路を光線近似で考察する。
【００２９】
光ファイバ１１Ａの端面Ｐ１は、凸側焦点面上に位置しているので、光ファイバ１１Ａの端面を点光源として、そこから出射してレンズアレイ２の対応する非球面レンズ２３に入射した光は光軸ＡＣ側に屈折して、光軸ＡＣとある角度φをなす平行光線となって非球面レンズ２３中を進む。その内で、光ファイバ１１Ａの端部から光軸であるｚ軸に平行に出射した光線すなわちレンズ内平行光の中心光線は、レンズに入射した後、凹側焦点を通ることになる。
【００３０】
前述したように、非球面レンズ２３の厚みがちょうど凹側焦点距離ｆｃに設定されていて、その部位が裏面２４Ｂにおける平坦面となっており、そこに部分透過膜４が施されているので、当該平行光の所定の強度分は後述するように、部分透過膜４を透過して光軸ＡＣに対してψの角度で出射するが、残りの強度分は部分透過膜４で上記した角度φで反射して、光軸に対して対称なｘ方向位置で再び非球面レンズ２３の表面に達する。非球面レンズ２３の表面に達した反射光は、凹側焦点を通ってきた平行光であり、光ファイバ１１Ａから出射され、非球面レンズ２３に入射した光路と光軸ＡＣに対して対称な経路をたどり、結局光軸ＡＣに対して光ファイバ１１Ａの対称な位置にある光ファイバ１１Ｂの端面Ｐ２に集光することになる。
【００３１】
ここで、もしも非球面レンズ２３の厚みが凹側焦点距離ｆｃより薄いとすると反射平行光は、レンズ厚みがｆｃの場合よりも光軸ＡＣ側の表面に達することになり、そこで平行光は収束されず、光ファイバ１１Ｂの端面Ｐ２ではより広がってしまう。一方、レンズ厚みがｆｃより厚い場合は、反射光はより非球面レンズ２３の外側表面に達することになり、平行光は収束されすぎて、光ファイバ１１Ｂの端面Ｐ２では、結局広がってしまうことになる。いずれの場合でも、反射光線の光軸もファイバアレイ１のそれとはずれてしまう。光ファイバ１１Ａ及び１１Ｂの端面Ｐ１、Ｐ２と非球面レンズ２３間の距離は凸側焦点距離ｆｖに設定されており、同時にレンズアレイ２の裏面２４Ｂは凹側焦点面であることが必要である。
【００３２】
尚、部分透過膜４で透過した光線は、図５に示すように、隣接媒質の屈折率が空気層３の屈折率ｎｖと同じであれば、レンズ屈折率ｎｃ、角度φとスネル則に従う角度ψで出射する。また、図には示さないが、隣接媒質の屈折率がレンズアレイ２の屈折率と同じであれば、角度φで出射する。
【００３３】
このような反射光学系で光ファイバ１１Ａ及び１１Ｂ間に低損失な結合を実現しようとした場合、非球面レンズ２３に求められる表面形状は、２次以上の高次回転曲面となる。
【００３４】
本実施形態の構成を可能にするパラメータの設定例について説明する。まず、図５に示す諸パラメータの名称とその記号を図６左欄に示す。図５において、凸側焦点面に端面を有する光ファイバ１１Ａから出射して空気層３を通過して非球面レンズ２３に入射した光線は、光軸とφの角度をなす平行光となる。従って、それら光線の内、レンズ光軸ＡＣとレンズ表面の交点（すなわち非球面レンズ２３の凸頂点）に入射した光線に対しては、非球面レンズ２３の表面接平面はちょうど光軸と平行なｚ軸に垂直なので、光線の非球面レンズ２３の中心への入射角ψ、出射角φと屈折率ｎｖ、ｎｃの間にはスネル則が成り立つ。
（数１）
ｎｖｓｉｎψ＝ｎｃｓｉｎφ    （１）
ただし、ｎｖは空気層３の屈折率、ｎｃはレンズアレイ２の屈折率である。
【００３５】
また、ファイバアレイ１はファイバ間隔ｄｆで、レンズアレイ２はその倍の２ｄｆでアレイ化されているため、凸側、凹側それぞれの焦点距離ｆｖ、ｆｃは、ファイバ間隔ｄｆとレンズ中心入射角ψ、および出射角度φの値を与えれば、以下の（２）式及び（３）式で決まる。
（数２）
ｆｖ＝（ｄｆｃｏｔψ）／２    （２）
（数３）
ｆｃ＝（ｄｆｃｏｔφ）／２    （３）
【００３６】
（１）式〜（３）式には近似操作は入っておらず、厳密な式であり、この関係を満たす光軸に対称な回転曲面は、回転双曲面を基本とする高次曲面となる。（２）式と（３）式から非球面レンズ２３の凸側凹側２つの焦点距離ｆｖ、ｆｃが決まり、すなわち光ファイバ１１Ａ及び１１Ｂと非球面レンズ２３の距離及び非球面レンズ２３のレンズ厚みが決まるわけである。
【００３７】
次に、このような光学系を実現する上での条件について述べる。光ファイバ１１Ａからの出射光は光ファイバ１１ＡのＮＡに従って広がるわけであるが、非球面レンズ２３への入射時のビーム径ＢＤは、図５から明らかなように、距離ｆｖのところで隣接する非球面レンズにまでは及ばないようにする必要から、下記条件が成立しなければならない。
（数４）
ＢＤ≒２ＮＡｆｖ／ｎｖ＜ｄｆ    （４）
【００３８】
レンズ表面形状についても制限事項がある。レンズアレイ２は、金型を使用したモールド法によって作製されるが、その際、凹面形状研削加工での曲率半径に制限があり、通常１５０μｍ以上とされている。レンズ表面形状は非球面となり、その曲率半径は光軸たるレンズ中心にて最小となり、光軸から離れるにつれて漸増する。そこで、モールド金型を作製するときに問題となる最小曲率半径Ｒ２２であるが、それはレンズ中心で最小となるので、それを球面近似で見積もることにすると以下の（５）式になる。
（数５）
Ｒ２２≒（ｎｃ−ｎｖ）ｆｖ／ｎｖ    （５）
【００３９】
さて、ここまでくると、（５）式で得られる球面近似曲率半径Ｒ２２を用いてレンズ保持面２４Ａとファイバアレイ１の間の距離であるスペーサ２２の厚みｔｓを見積もることが以下の（６）式でできる。
（数６）
ｔｓ≒ｆｖ＋Ｒ２２−√（Ｒ２２２−ｄｆ２）    （６）
【００４０】
さて、ファイバアレイ１とレンズアレイ２の間にスペーサ２２を挟むとすると、（６）式より得られるスペーサ２２の厚みｔｓとなるわけであるが、本実施形態ではこれをガラスモールド工程でレンズ保持面２４Ａに作り込む。
【００４１】
これら（１）式〜（６）式に値を代入してみて、図５中のレンズ中心入射角ψ以下の値を算出したのが図６の見積例である。ファイバ間隔ｄｆは市中でよく採用されている２５０μｍと１２７μｍ、レンズ屈折率ｎｃは耐候性の高いボロシリケート系モールドレンズ用ガラスの屈折率１．５０１を選んだ。次に反射角φであるが、本実施形態は光ファイバ１１Ａと光ファイバ１１Ｂから成るファイバペアを主光路とし、９０％以上を反射して数％透過するいわゆるタップ膜を部分透過膜４とする光タップモジュールへの適用を考えて、部分透過光に偏波依存性が発生しない角度５度を設定した。
【００４２】
凸側焦点距離ｆｖはファイバ間隔ｄｆが２５０μｍと１２７μｍの場合で９４７．３μｍ、４８１．２μｍとなるが、このとき、光ファイバ１１Ａから出射した光の非球面レンズ２３の表面でのビーム径ＢＤはそれぞれ２２７．４μｍ、１１５．５μｍとなってファイバ間隔ｄｆより小さく、隣接する非球面レンズに当該光が及ぶことはない。ここで、光ファイバ１１Ａ及び１１ＢのＮＡとしては、１．３／１．５５μｍ帯で標準的なモード径９．０／１０．０μｍのシングルモード光ファイバの値である０．１２を選択した。
【００４３】
また、非球面レンズ２３の表面光軸上の球面近似曲率半径は、４７４．６μｍと２４１．１μｍと金型の機械加工限界である１５０μｍを十分上回っており、レンズアレイ２用のモールドレンズの金型加工が可能である。スペーサ２２の厚みｔｓは１０１８．５μｍと５１７．４μｍであり、レンズ厚みｆｃよりも十分小さいため、モールド工程において、レンズアレイ２の凹部加工と同時にスペーサ２２も加工することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図７に、本実施形態に係るファイバアレイモジュールの構成例を示す。本実施形態に係るファイバアレイモジュールは、複数の非球面レンズ２３−１〜２３−４が配列されているレンズアレイ２と、複数の光ファイバ１１Ａ及び１１Ｂが配列されているファイバアレイ１と、を備える。ファイバアレイ１及びレンズアレイ２は、４つのファイバ−レンズ光学系が、所定平面ＰＣ上に並列に配置されている例を示す。
【００４５】
レンズアレイ２に備わる各非球面レンズ２３は、ファイバ−レンズ光学系を基本単位として備える。各非球面レンズの中心軸である光軸ＡＣは、所定平面ＰＣ内に並列に配列されている。ファイバアレイ１は、各々の非球面レンズ２３−１〜２３−４に対して２本の光ファイバ１１Ａ及び１１Ｂを有する。
【００４６】
図８及び図９に、スペーサ付レンズアレイの構成例を示す。本実施形態に係るレンズアレイ２は、複数の非球面レンズ２３と、レンズ保持部２４と、適切な間隔を保つための複数のスペーサ２２と、を備える。図８のレンズアレイ２は２個のスペーサ２２−１及び２２−２を備え、図９のレンズアレイ２は４個のスペーサ２２−１，２２−２，２２−３，２２−４を備える。複数のスペーサ２２の面積は、各非球面レンズ２３のレンズ保持面２４への投影面積よりも広いことが好ましい。
【００４７】
レンズ保持部２４は、平坦なレンズ保持面２４Ａ上で複数の非球面レンズ２３を保持する。非球面レンズ２３は、平坦なレンズ保持面２４Ａに保持され、レンズ保持面２４Ａと垂直な所定平面ＰＣ内に非球面レンズ２３の中心軸ＡＣが並列に配置されている。図８の例では、ｘｙ面に平行なレンズ保持面２４Ａに、ｘ軸方向をアレイ方向とする非球面レンズ２３が形成されている。
【００４８】
スペーサ２２は、レンズ保持面２４Ａからの高さが複数の非球面レンズ２３よりも高い位置に凸面すなわち頂上面２２Ａを有する。頂上面２２Ａは、非球面レンズ２３の光軸ＡＣに垂直なレンズ保持面２４Ａと平行になっている。頂上面２２Ａとレンズ頂点との距離は図１１に示す凸側焦点距離ｆｖになるように設定されている。
【００４９】
レンズ保持部２４の裏面２４Ｂは、非球面レンズ２３の光軸ＡＣに垂直な面に対して等しい所定の角度で傾斜している。図８では、ｘ軸に平行で且つレンズ保持面２４Ａとは所定の角度ｄｅｇ２１になっており、ファイバアレイ１との接続に合わせてある。所定の角度ｄｅｇ２１は、略８度であり、例えば７°以上９°以下である。なお、所定の角度は、８度に限定されるものではない。
【００５０】
複数のスペーサ２２は、第１の実施形態と同様に、レンズ保持面２４Ａのうち、複数の非球面レンズ２３の配列方向であるｘ軸方向の両脇に、非球面レンズ２３−１及び２３−４に隣接するように配置されている。また、複数のスペーサ２２は、第１の実施形態と同様に、レンズ保持面２４Ａのうち、複数の非球面レンズ２３の配列方向に直交するｙ方向における複数の非球面レンズ２３の両端よりも外側に配置されている。スペーサ２２は、第１の実施形態と同様に、レンズアレイ２と一体に形成されている。レンズアレイ２の作製方法は、第１の実施形態と同様である。
【００５１】
図１０に、本実施形態に係る第２のファイバ−レンズ光学系を示す。以下方向は図中の直交ｘｙｚ座標軸に倣って説明する。図の左端には、ｘｚ平面内において、ｚ軸に平行で、ｘ軸方向に等しいファイバ間隔ｄｆで光ファイバ１１Ａ及び１１Ｂの並べられたファイバアレイ１が配置されている。ファイバアレイ１は、ｘ軸に平行でｙ軸に対して所定の角度をなす平面を端面として、例えば、テンパックスガラス等の筐体によって保持されて構成されている。
【００５２】
本実施形態のファイバ−レンズ光学系は、第１の実施形態のファイバ−レンズ光学系とは異なり、ファイバアレイ１の端面には、レンズアレイ２の裏面２４Ｂ側が直接貼り付けられており、レンズ保持面２４Ａはその反対側を向いている。レンズアレイ２の光軸ＡＣでつくる平面と裏面２４Ｂとの交線と非球面レンズ２３の頂点との距離は、図１１に示す凹側焦点距離ｆｃになるように設定されている。
【００５３】
ファイバアレイ１とレンズアレイ２の相対位置は、ｘ軸方向は、非球面レンズ２３の光軸ＡＣがファイバアレイ１の隣接する光ファイバ同士の中心線（この図では、光ファイバ１１Ａと光ファイバ１１Ｂの中心線）に一致するように、ｙ方向は、レンズ光軸ＡＣのアレイで形成された平面がファイバアレイ１の中心線で形成された平面と一致するように、および、ｚ方向は、ファイバアレイ１の端面とレンズアレイ２の凸面頂点との距離が非球面レンズ２３の凹側焦点距離ｆｃに一致するように設定されている。図１０の右側には、凸側焦点距離ｆｖの間隔の空気層３を挟んで、光軸であるｚ軸に垂直に所定の波長の光を所望の比率で反射／透過する機能を有する部分透過膜４が設置されている。第１の実施形態では、部分透過膜４は、レンズアレイ２の裏面２４Ｂ側に直接装荷されていたが、第２の実施形態である図１０では、別個にレンズアレイ２と同じ屈折率のガラス基板４２に装荷されたものとなっている。このような構成において、光ファイバ１１Ａの端面から出射した光の経路を光線近似で考察する。
【００５４】
光ファイバ１１Ａの端面Ｐ１は、凹側焦点面上に位置しているので、光ファイバ１１Ａの端面Ｐ１を点光源として、そこから出射してレンズアレイ２の対応するレンズ表面から出射した光線はレンズ光軸ＡＣ側に屈折して、レンズ光軸ＡＣとある角度φをなす平行光線となって空気層３中を進む。その内で、光ファイバ１１Ａの端部から光軸であるｚ軸に平行に出射した光線すなわち出射平行光の中心光線は、部分透過膜４に到達したとき、凸側焦点を通ることになる。
【００５５】
空気層３の厚みがちょうど凸側焦点距離ｆｖに設定されていて、その部位が平坦面となっており、そこに部分透過膜４が設置されているので、当該平行光の所定の強度分は部分透過膜４を透過してレンズ光軸ＡＣに対してψの角度で出射するが、残りの強度分は部分透過膜４で反射して、レンズ光軸ＡＣに対して対称なｘ方向位置で再び非球面レンズ２３の表面に達する。非球面レンズ２３の表面に達した反射光は、凸側焦点を通ってきた平行光であり、光ファイバ１１Ａから出て非球面レンズ２３の表面から出射した光路とレンズ光軸ＡＣに対して対称な経路をたどり、結局レンズ光軸ＡＣに対して光ファイバ１１Ａの対称な位置にある光ファイバ１１Ｂの端面の位置Ｐ２に集光することになる。
【００５６】
ここで、もしも空気層３の厚みが凸側焦点距離ｆｖより薄いとすると反射平行光は、空気層３の厚みがｆｃの場合よりもレンズ光軸ＡＣ側の表面に達することになり、そこで平行光は収束されず、光ファイバ１１Ｂの端面ではより広がってしまう。一方、空気層３の厚みがｆｖより厚い場合は、反射光はより非球面レンズ２３の外側表面に達することになり、平行光は収束されすぎて、光ファイバ１１Ｂの端面では、結局広がってしまうことになる。いずれの場合でも、反射光線の光軸もファイバアレイ１のそれとはずれてしまう。従って、光ファイバ１１Ａ及び１１Ｂの端面と非球面レンズ２３間の距離は凸側焦点距離ｆｖに設定されており、同時に非球面レンズ２３の裏面２４Ｂは凹側焦点面であることが必要である。
【００５７】
尚、部分透過膜４で透過した光線は、図１０に示すように、部分透過膜４の付着されているガラス基板４２の屈折率がレンズアレイ２の屈折率ｎｃと同じであれば、図には示さないが、角度ψで出射する。また部分透過膜４の付着されているガラス基板４２が平行基板であれば、最終的に空気層３に出射するときは、角度φで出射する。
【００５８】
このような反射光学系で光ファイバ１１Ａ及び１１Ｂ間に低損失な結合を実現しようとした場合、非球面レンズ２３に求められる表面形状は、２次以上の高次回転曲面になる。
【００５９】
本実施形態の構成を可能にするパラメータの設定例について説明する。まず、図１０に示す諸パラメータの名称とその記号を図１１左欄に示す。これらは第１の実施形態で説明した図６と同様であるが、ファイバアレイ１に対するレンズアレイ２の向きが逆転していることに伴って、反射角φとレンズ中心入射角ψの大小関係も逆転していることが大きな違いである。
【００６０】
図１０において、凹側焦点面に端面が直接接着されている光ファイバ１１Ａから出射し、レンズアレイ２を通って非球面レンズ２３の表面から出射した光線は、レンズ光軸ＡＣとφの角度をなす平行光となる。従って、それら光線の内、ｚ軸に平行なレンズ光軸ＡＣと非球面レンズ２３の表面の交点に入射した光線に対しては、非球面レンズ２３の表面接平面はちょうどレンズ光軸ＡＣと平行であるｚ軸に垂直であるため、光線の非球面レンズ２３の中心入射角ψ、出射角φと屈折率ｎｖ、ｎｃの間にはスネル則が成り立つ。
（数７）
ｎｃｓｉｎψ＝ｎｖｓｉｎφ    （７）
【００６１】
また、ファイバアレイ１はファイバ間隔ｄｆで、レンズアレイ２はその倍の２ｄｆでアレイ化されているわけであるから、凸側、凹側それぞれの焦点距離ｆｖ、ｆｃは、ファイバ間隔ｄｆとレンズ中心入射角ψ、および出射角度φの値を与えれば、以下の（８）式及び（９）式で決まる。
（数８）
ｆｖ＝（ｄｆｃｏｔφ）／２    （８）
（数９）
ｆｃ＝（ｄｆｃｏｔψ）／２    （９）
【００６２】
（８）式〜（９）式には近似操作は入っておらず、厳密な式であり、この関係を満たすレンズ光軸ＡＣに対称な回転曲面は、回転楕円面を基本とする高次曲面となる。（８）式及び（９）式から非球面レンズ２３の凸凹二つの焦点距離ｆｖ、ｆｃが決まり、すなわち光ファイバ１１Ａ及び１１Ｂと非球面レンズ２３の距離及びレンズ厚みが決まるわけである。また、非球面レンズ２３の表面でのビーム径ＢＤに対する条件は次のようになる。
（数１０）
ＢＤ≒２ＮＡｆｃ／ｎｃ＜ｄｆ    （１０）
【００６３】
このような光学系の実現条件は、前述した第１の実施形態と同様である。これら（７）式〜（１０）式に値を代入してみて、前述した（５）式及び（６）式も使って図１０中のレンズ中心入射角ψ以下の値を算出したのが図１１の見積例である。ファイバ間隔ｄｆは市中でよく採用されている２５０μｍと１２７μｍ、レンズ屈折率ｎｃは耐候性の高いボロシリケート系モールドレンズ用ガラスの屈折率１．５０１を選んだ。次に反射角φであるが、本実施形態は光ファイバ１１Ａと１１Ｂから成るファイバペアを主光路とし、９０％以上を反射して数％透過するいわゆるタップ膜を部分透過膜４とする光タップモジュールへの適用を考えて、部分透過光に偏波依存性が発生しない角度８度を設定した。
【００６４】
凸側焦点距離ｆｖはファイバ間隔ｄｆが２５０μｍと１２７μｍの場合で８８９．４μｍ、４５１．８μｍとなるが、このとき、光ファイバ１１Ａから出射した光の非球面レンズ２３の表面でのビーム径ＢＤはそれぞれ２１４．６μｍ、１０９．０μｍとなってファイバ間隔ｄｆより小さく、隣接する非球面レンズに当該光が及ぶことはない。ここで、光ファイバ１１Ａ及び１１ＢのＮＡとしては、１．３／１．５５μｍ帯で標準的なモード径９．０／１０．０μｍのシングルモード光ファイバの値である０．１２を選択した。また、レンズ表面光軸上の球面近似曲率半径も４４５．６μｍと２２６．４μｍと金型の機械加工限界である１５０μｍを十分上回っており、レンズアレイ２用のモールドレンズの金型加工が可能である。また、スペーサ２２の厚みｔｓは９６６．２μｍと４９０．８μｍであり、レンズ厚みｆｃよりも十分小さいため、モールド工程において、レンズアレイ２の凹部加工と同時にスペーサ２２も加工することができる。
【００６５】
ところで、図２、図３、図８、図９に示す外観についてであるが、チャンネル数が４チャンネルの場合、レンズアレイ２のｘ方向長さは略４ｍｍ、ｙ方向長さは略２ｍｍである。非球面レンズ２３の径は、ファイバ間隔ｄｆの２倍であってもよいが、隣接する非球面レンズ２３との間は１μｍの平坦部が設けられていてもよい。また、スペーサ２２の縁部は金型作製の最小曲率半径に応じて湾曲しているが、金型作製の最小曲率半径が通常１５０μｍであるため、外観図では実際の外観に比べて誇張されている。
【００６６】
（第３の実施形態）
図１２に、本実施形態に係るファイバアレイモジュールの一例を示す。図１２に示すファイバアレイモジュールは、図１に示すファイバアレイモジュールと、部分透過膜４と、光部品として機能する遮光板７と、レンズアレイ９と、を備える。レンズアレイ２は第１レンズアレイとして機能し、レンズアレイ９は第２レンズアレイとして機能する。
【００６７】
部分透過膜４は、各々の非球面レンズ２３に共通する反射面を形成し、個々の非球面レンズ２３で平行光となった光の一部を透過し、残りの大部分を反射する。遮光板７は、複数の貫通孔７１を有する。部分透過膜４の反射面から透過した各々の平行光が異なる貫通孔７１の一端に入射する。そして、貫通孔７１を通過後の平行光は、各貫通孔７１の他端から出射する。レンズアレイ９は、複数の貫通孔７１の他端から出射した各光を貫通孔７１ごとに定められた点に集光する。この点に、光機能素子を設置すればよい。
【００６８】
図１３に、本実施形態に係る受光モジュールの一例を示す。図１３に示す受光モジュールは、図１２に示すファイバアレイモジュールと、受光素子アレイ８と、を備える。受光素子アレイ８に備わる各受光素子８１は、レンズアレイ９で集光された各光を受光する。図１３に示す受光モジュールは、４アレイ光タップモニタモジュールとして用いることができる。
【００６９】
本実施形態の適用領域は、波長１．５５μｍ帯光通信システムである。同モジュールは、図の左側から、ファイバアレイ１、レンズアレイ２、部分透過膜４、遮光板７、レンズアレイ９、および受光素子アレイ８を備える。ファイバ間隔ｄｆをはじめとする諸パラメータには、一例として図６に示した値を用いれば現実に実現できる。
【００７０】
まずモジュールの動作、機能について説明する。光ファイバ１１Ａからレンズアレイ２に入射した光線は、その９５％が部分反射膜４で反射角φ（５度）で反射して光ファイバ１１Ｂに入射し、入射光強度の５％をタップされて本線に戻る。５％強度のタップ光は、後段は空気層になっており、出射角ψ（７．５度）で出射していくわけであるが、部分透過膜４の後段には、空間を伝わるタップ光同士の混合によるクロストーク低下を防止するため、貫通孔７１の空いた遮光板７が設置されている。遮光板７はレンズアレイ２と外形を合わせた寸法になっており、その中央部にタップ光路に合わせて該ビーム径の貫通孔７１があいている。遮光板７の後段には、レンズアレイ２と同じものであるレンズアレイ９がレンズアレイ２とは向きを逆にして設置されている。レンズアレイ９は、後段の受光素子アレイ８の受光面に空間を伝搬してきて回折効果で広がったタップ光ビームを受光素子８１の受光面に集光させる。
【００７１】
以下に上記の各構成要素について述べる。
ファイバアレイ１：ファイバアレイ１は、波長１．３／１．５５μｍ帯用の８本のシングルモードファイバが２５０μｍ間隔でアレイ化されているシングルモードテープファイバを用いた。これをテンパックスガラスで１ｍｍ厚の６０度Ｖ溝板に整列させて１ｍｍ厚の上蓋をかぶせ、ＵＶ接着剤で固定、端面研磨して接続用ファイバアレイ１を作製した。ファイバ間隔ｄｆは用いたテープファイバと同じ２５０μｍである。ファイバ光軸は図１２にてｚ方向であり、レンズアレイ２との接続端面は、ｘ軸に平行で、端面反射による戻り光を低減させるため、ｙ軸方向とは８度斜めになるように設定されている。なお、光ファイバ光軸に対するコア端面の角度は、８度に限定されるものではない。８度斜め端面表面は波長１．５５μｍに対するＡＲコートが施されている。ｘ軸方向の全幅は４ｍｍである。
【００７２】
レンズアレイ２：屈折率は波長１．５５μｍで１．５０１のボロシリケート系ガラスから成っており、厚み１４２８．８μｍ（ｚ方向）の平板状ガラス上面、４０００×２０００μｍ（ｘ×ｙ）の中央部にアレイ間隔５００μｍで非球面レンズ２３が形成されている。隣接する非球面レンズ２３との間は１μｍの平坦部が設けられており、平坦部からの凸量であるサグ量は、６９μｍである。
【００７３】
レンズアレイ２のｘ方向両端部には、レンズモールド加工時に一体で成形されたスペーサ２２が設置されており、スペーサ２２の表面はファイバアレイ１の８度斜め端面に合わせた角度となっており、その面積は片側該１×１．５ｍｍ（ｘ×ｙ）である。スペーサ２２の高さは光軸位置で所定の凸側焦点距離（ここでは９４７．３μｍ）になるように設定されていることが好ましい。
【００７４】
ここで、図１８を参照しながら、スペーサ２２の角度について説明する。光ファイバ１１の光軸でもあるｚ軸に対する光ファイバ１１のコア端面の法線Ｌｎの角度をθ１、光ファイバ１１のコア端面から空気層３に出射する光の中心光のコア端面法線Ｌｎに対する角度をθ２とした場合、角度θ１と角度θ２は、スネルの法則より、以下の関係を満たす。
（数５１）
θ２＝ｓｉｎ−１（ｓｉｎ（θ１）ｎｆ／ｎｖ）    （５１）
【００７５】
ここでｎｆは光ファイバ１１の伝搬光の透過屈折率である。このため、ｎｆが１．４４５、空気層３の屈折率ｎｖが１であり、角度θ１が８度に設定されている場合、角度θ２は１１．６度となる。光ファイバとレンズ系間の光結合が最も高い効率となるのは、光ファイバ１１からの出射光がレンズ面と垂直になる場合である。この場合、図１８に明らかなように、スペーサ２２のレンズ側平坦面２２Ｂとファイバアレイ側の斜め端面２２Ａの角度、すなわちスペーサ２２の傾斜角度もまたθ２に等しく１１．６度となる。見方を変えれば、スペーサ２２の角度θ２は、光ファイバ１１の端面の角度θ１（８度）に加え、空気層３での光ファイバ光軸（ｚ軸）からの屈折角度（３．６度）を合算した角度となる。
【００７６】
レンズアレイ２の裏面２４Ｂには、入射角φを５度に設定した部分透過膜４が付着されている。その反射／透過の割合は、９５％／５％であることが好ましく、その材質としては、例えば、イオンビームアシスト蒸着法によるＳｉＯ２−ＴｉＯ２多層膜が例示できる。
【００７７】
遮光板７：遮光板７は、外形４０００×２０００×１０００μｍの方形の赤外線吸収ガラスから成っている。その中央部には、図１２及び図１３に示すように、タップ光の光路に合わせて、ｘｚ面に平行で、ｚ軸方向とレンズ中心入射角ψである７．５度の角度をなす３００μｍ角の貫通孔７１があけられている。ｘ方向アレイピッチはレンズアレイ２と同じ５００μｍである。タップ光のビーム径が図６に示す２２７．４μｍである場合、タップ光は遮光板７の貫通孔７１の壁に接触することなく伝搬するが、前段のレンズアレイ２や部分透過膜４での反射透過で発生した構造不整による乱反射成分は、この遮光板７で阻止されて、受光素子アレイ８に達してクロストークになるのを防止する。
【００７８】
レンズアレイ９：ここでは、レンズアレイ９はレンズアレイ２と同じものを使用している。通常、受光素子８１の受光面はパッケージ表面から１ｍｍ程度離れているため、レンズアレイ９と受光素子アレイ８の間に焦点距離調整樹脂９１を挿入して、レンズアレイ２より長焦点化し、受光素子アレイ８中の受光素子８１の受光面内に集光されるようにしている。レンズアレイ９とレンズアレイ２の向きが反対であるのは、焦点距離調整樹脂９１でレンズアレイ９と受光素子アレイ８の間を満たすためである。レンズアレイ９は、平坦な裏面２４Ｂ側にのみＡＲコートを施した。
【００７９】
受光素子アレイ８：受光素子８１は、例えば、受光径８０μｍ、５００μｍピッチ４アレイのＩｎＧａＡｓホトダイオードアレイである。ダイオードアレイは封止されており、パケージ表面からダイオード受光部までの距離は略１ｍｍである。図１３の側面図から判るように、受光素子アレイ８は、ｚ軸方向である光軸より傾けてレンズアレイ９に接続されている。
【００８０】
図１２及び図１３の側面図に示すように、ファイバアレイ１から受光素子アレイ８まで接続界面が全て斜めに保たれているため、反射戻り光を防ぐ構造となっている。
【００８１】
組み立て工程：工程は３工程を有する。
第１工程は、ファイバアレイ１とレンズアレイ２との接続である。これは、光ファイバ−導波路接続装置にて、ファイバアレイ１の両端である光ファイバ１１Ａ−１及び光ファイバ１１Ａ−４から調芯光を入射し、光ファイバ１１Ｂ−１、光ファイバ１１Ｂ−４からの光をモニタしながら２軸調芯固定するという通常のファイバ−導波路接続と同様の工程で接続した。ここで、従来の接続工程と大きく異なることは、光軸すなわちｚ軸方向の位置はスペーサ部２２の厚みで決まっているので、ｚ軸方向の調芯作業が不要になることである。ここで述べる実施形態では、従来比３／４の時間短縮効果があった。接続箇所はスペーサ２２とファイバアレイ１間である。
第２工程は、遮光板７、レンズアレイ９、および受光素子アレイ８の接続である。これらの接続は、顕微鏡下に受光素子アレイ８、レンズアレイ９、遮光板７の順に置き、遮光板７の貫通孔から受光素子アレイ８のホトダイオード受光面が見えるように、ビジュアルアラインメント法で調芯し、接着剤固定するという方法で行った。
第３工程は、光ファイバ１１Ａ−１及び光ファイバ１１Ａ−４に調芯光を入射させ、受光素子アレイ８の出力をモニタしながら、ファイバアレイ１の付いたレンズアレイ２、受光素子アレイ８、及び、レンズアレイ９の付いた遮光板７を接続し固定する。
【００８２】
特性：作製した４ｃｈタップモニタモジュールの波長１．５５μｍでの特性は、挿入損失０．４〜０．５ｄＢ、反射減衰量４６ｄＢ以上、受光感度５０〜６０ｍＡ／Ｗであった。隣接クロストークも４５ｄＢ以上であった。
【００８３】
図１９に、本実施形態に係るファイバアレイモジュールの別形態を示す。図１９に示すファイバアレイモジュールは、ファイバアレイ１の端面にＡＲ板１０１が貼り付けられており、また図１２に示す遮光板７及びレンズアレイ９に代えて、ＧＲＩＮレンズアレイ１０９を備える。ファイバアレイモジュールは、図１に示す第１の実施形態に係るファイバアレイモジュールであってもよい。
【００８４】
ＡＲ板１０１は、光ファイバの等価屈折率にほぼ等しい屈折率の透明薄板の片側にＡＲ膜を付着せしめたものである。ファイバアレイ１の端面に直接ＡＲ膜を形成することが困難な場合に、ファイバアレイ１の端面に、ＡＲ板１０１のＡＲ膜の形成されていない面を接着面として両者と屈折率のほぼ等しい透明接着剤で貼り付けて用い、直接的ＡＲコートと同等の効果を得るものである。
【００８５】
図２０に、本実施形態に係る受光モジュールの別形態を示す。図２０に示す受光モジュールは、図１９に示すファイバアレイモジュールと、受光素子アレイ８と、を備える。受光素子アレイ８に備わる各受光素子８１は、ＧＲＩＮレンズアレイ１０９で集光された各光を受光する。
【００８６】
ＧＲＩＮレンズアレイ１０９は、ＧＲＩＮレンズとして機能する複数のＧＩ（Ｇｒａｄｅｄ  Ｉｎｄｅｘ）ファイバ１７４−１〜１７４−４を有する。ＧＲＩＮレンズアレイ１０９はレンズアレイ２と外形を合わせた寸法になっており、その中央部にタップ光路に合わせてＧＩファイバ１７４−１〜１７４−４が配置されている。ＧＩファイバ１７４−１〜１７４−４は、２枚のＶ溝板で挟持することによって固定されていることが好ましい。部分透過膜４１から透過された各々の平行光が異なるＧＩファイバ１７４−１〜１７４−４の一端に入射される。そして、ＧＩファイバ１７４−１〜１７４−４の他端から出射する各光をＧＩファイバ１７４−１〜１７４−４ごとに定められた点Ｐ９−１〜９−４に集光する。この点に、受光素子８１の受光面が配置される。
【００８７】
ＧＩファイバ１７４−１〜１７４−４の長さ及び屈折率分布は任意である。例えば、図１９及び図２０に示すように、部分透過膜４から等しい距離に受光素子８１が配置される場合、屈折率分布及び長さの等しいＧＩファイバ１７４−１〜１７４−４を用いる。また、ＧＩファイバ１７４−１〜１７４−４の長さによっては、レンズ厚が厚い方が近くに焦点を結び、レンズ厚が薄い方が遠くに焦点を結ぶ。このため、図２１に示すようにＧＩファイバ１７４−１〜１７４−４の長さを変えることにより、部分透過膜４から点Ｐ９−１〜９−４までの距離を変え、受光素子８１のアレイ間隔ｄｐを調整することができる。なお、ＧＩファイバ１７４−１〜１７４−４の長さを変えることに代えて、またはこれと組み合わせて、ＧＩファイバ１７４−１〜１７４−４の屈折率分布を変えてもよい。
【００８８】
（第４の実施形態）
図１４に、本実施形態に係るファイバアレイモジュールの一例を示す。図１４に示すファイバアレイモジュールは、図７に示すファイバアレイモジュールと、遮光板７と、レンズアレイ９と、を備える。レンズアレイ２は第１レンズアレイとして機能し、レンズアレイ９は第２レンズアレイとして機能する。
【００８９】
部分透過膜４は、各々の非球面レンズ２３に共通する反射面を形成し、個々の非球面レンズ２３で平行光となった光の一部を透過し、残りの大部分を反射する。遮光板７は、複数の貫通孔７１を有する。部分透過膜４の反射面から透過した各々の平行光が異なる貫通孔７１の一端に入射する。そして、貫通孔７１を通過後の平行光は、各貫通孔７１の他端から出射する。レンズアレイ９は、複数の貫通孔７１の他端から出射した各光を貫通孔７１ごとに定められた点に集光する。この点に、受光素子８１の受光面が配置されている。
【００９０】
図１５に、本実施形態に係る受光モジュールの一例を示す。図１５に示す受光モジュールは、図１４に示すファイバアレイモジュールと、受光素子アレイ８と、を備える。受光素子アレイ８に備わる各受光素子８１は、レンズアレイ９で集光された各光を受光する。図１５に示す受光モジュールは、４アレイ光タップモニタモジュールとして用いることができる。
【００９１】
適用領域は、波長１．５５μｍ帯光通信システムである。同モジュールは、図の左側から、ファイバアレイ１、レンズアレイ２、部分透過膜４、光部品として機能する遮光板７、レンズアレイ９、および受光素子アレイ８から構成されている。ファイバ間隔ｄｆをはじめとする諸パラメータには、一例として図１１に示した値を用いれば現実に実現できる。
【００９２】
まずモジュールの動作、機能について説明する。光ファイバ１１Ａから空気層を介さず、直接レンズアレイ２の裏面２４Ｂから入射して非球面レンズ２３の表面から出射した光線は、その９５％が部分透過膜４で反射角φ（８度）で反射して再びレンズアレイ２に戻って光ファイバ１１Ｂに入射し、入射光強度の５％をタップされて本線に戻る。５％強度のタップ光は、後段は部分透過膜４に平行なガラス基板４２を経て空気層３になっており、出射角φ（８度）で出射していくわけであるが、ガラス基板４２の後段には、空間を伝わるタップ光同士の混合によるクロストーク低下を防止するため、貫通孔７１の空いた遮光板７が設置されている。遮光板７はレンズアレイ２と外形を合わせた寸法になっており、その中央部にタップ光路に合わせて３００μｍ角の貫通孔７１があいている。遮光板７の後段には、レンズアレイ２と同じものであるレンズアレイ９がレンズアレイ２とは向きを同じにして設置されている。レンズアレイ９は、空間を伝搬してきて回折効果で広がったタップ光ビームを受光素子８１の受光面に集光させる。
【００９３】
以下に上記の各構成要素について第３の実施形態に重複しないところを述べる。
ファイバアレイ１：第３の実施形態とは異なり、８度斜め端面表面にＡＲコートは施されていない。なお、光ファイバ光軸に対するコア端面の角度が８度に限定されないのは第３の実施形態と同様である。
【００９４】
レンズアレイ２：屈折率は波長１．５５μｍで１．５０１のボロシリケート系ガラスから成っており、ｘｙ面に平行なレンズ保持面２４Ａ上の中央部に、アレイ間隔５００μｍで非球面レンズ２３がｚ軸のプラス方向を向いて形成されている。隣接する非球面レンズ２３との間は１μｍの平坦部が設けられており、平坦部からの凸量であるサグ量は、７５μｍである。レンズアレイ２のｘ方向両端部には、レンズモールド加工時に一体で成形されたスペーサ２２が設置されている。スペーサ２２の表面はレンズ保持面２４Ａと平行になっており、その面積は片側該１×１．５ｍｍ（ｘ×ｙ）である。その高さは光軸位置で所定の凸側焦点距離（ここでは８８９．４μｍ）になるように設定されている。
【００９５】
レンズアレイ２の裏面２４Ｂは、ファイバアレイ１の端面に平行で、ｙ軸に対して斜めとなっており、この斜めの裏面２４Ｂへのレンズ凸面頂点からのｚ方向距離が凹側焦点距離ｆｃとなるように設定されている。
【００９６】
部分透過膜４及びガラス基板４２：本実施形態では、部分透過膜４はガラス基板４２に付着されている。ガラス基板４２は、レンズアレイ２とは別個の透明基板でありかつ同一屈折率ｎｃを持つものである。両面が平行なガラス基板４２上には、入射角φを８度に設定した部分透過膜４が付着されている。その反射／透過の割合は、９５％／５％であることが好ましく、その材質としては、例えば、イオンビームアシスト蒸着法によるＳｉＯ２−ＴｉＯ２多層膜が例示できる。
【００９７】
遮光板７：遮光板７は、外形４０００×２０００×１０００μｍの方形の赤外線吸収ガラスから成っている。その中央部には、図１４及び図１５に示すように、タップ光の光路に合わせて、ｘｚ面に平行で、ｚ軸方向と反射角φである８度の角度をなす３００μｍ角の貫通孔があけられている。ｘ方向アレイピッチはレンズアレイ２と同じ５００μｍである。タップ光のビーム径が図１１に示す２１４．６μｍである場合、タップ光は遮光板７の貫通孔７１の壁に接触することなく伝搬するが、前段のレンズアレイ２や部分透過膜４での反射透過で発生した構造不整による乱反射成分は、この遮光板７で阻止されて、受光素子アレイ８に達してクロストークになるのを防止する。
【００９８】
図１４及び図１５の側面図に示すように、ファイバアレイ１から受光素子アレイ８まで接続界面は全て斜めに保たれているため、反射戻り光を防ぐ構造となっている。
【００９９】
組み立て工程：第３の実施形態と異なる点は、第１の工程にてまずレンズアレイ２と部分透過膜４を接続しておくことである。これは、部分透過膜４はただの一様な平板であるので調芯作業は不要で、型合わせ作業のみで接続できる。他は前記した第３の実施形態と同様である。
【０１００】
特性：作製した４ｃｈタップモニタモジュールの波長１．５５μｍでの特性は、挿入損失０．４〜０．５ｄＢ、反射減衰量４６ｄＢ以上、受光感度５０〜６０ｍＡ／Ｗであった。隣接クロストークも４５ｄＢ以上であった。特性は第３の実施形態と同様であった。
【０１０１】
（第５の実施形態）
前述の実施形態では１次元配列のアレイであったが、２次元アレイも可能である。その場合、図１又は図７に示すファイバアレイモジュールがｙ方向に並列に配列される。
【０１０２】
その際に一番問題となるのが、ファイバアレイ１であるが、光ファイバアレイ１は、特許文献３によってできる。そのｚ方向からみた接続面を図１６に示す。図１６に示す光ファイバアレイ１は、ファイバアレイ用の６０度のＶ溝１４を施したＶ溝板１３−２〜１３−５を備える。Ｖ溝板１３−２〜１３−５には、Ｖ溝１４のアレイの両脇に、位置合わせＶ溝１５−１、１５−２が設けられている。そして、このＶ溝板１３−２〜１３−５の裏面にも表面側と同じｘ方向位置に位置合わせ溝１５−３、１５−４が形成されている。位置合わせ用光ファイバ１２は、図に示す光ファイバ１１Ａ，１１Ｂと同じものを使用すればよい。
【０１０３】
その場合、Ｖ溝１４の開口幅をＷ１４、位置合わせ溝１５−１，１５−２，１５−３，１５−４の開口幅Ｗ１５とすると、それらは
（数１１）
Ｗ１４＝２（Ｒｆ√３−ｄ１３／√３）    （１１）
（数１２）
Ｗ１５＝（２Ｒｆ−ｄ１３）／√３    （１２）
と設定すればよい。そうすれば、位置合わせ溝１５に丁度位置合わせ用光ファイバ１２が勘合したときに、上板によって導波用光ファイバ１１が上板で押さえられることになる。ここで、Ｒｆは光ファイバの半径、ｄ１３はＶ溝板１３−２〜１３−５と上板の距離である。本実施形態では、ｄ１３を２０μｍとしたのでＷ１４＝１９３μｍ、ｗ１５＝６１μｍとした。
【０１０４】
位置合わせ溝１５−１，１５−２，１５−３，１５−４は、Ｖ溝板１３の表裏でｘ方向位置が一致している必要があるが、表裏の位置合わせは、スライサーやダイシングソーなどの溝加工装置において、溝形成位置観察鏡筒の上下ピント合わせ軸の加工面に対する垂直度を事前に調整しておけばよい。かようにして、テンパックスガラスで作製した８×４ファイバアレイのｘ方向ピッチは２５０μｍ、ｙ方向ピッチは１ｍｍである。これにより、ｘ方向５００μｍピッチ、ｙ方向１ｍｍピッチの４×４アレイのファイバアレイモジュール及び受光モジュールを作製することができる。
【０１０５】
ここで、ファイバアレイ１は、図１７の側面図に示すように、光ファイバのコア付近だけの部分斜め加工を施すことが好ましい。もし、アレイの端面全面にわたって斜めにすると、レンズアレイ２以下後段のすべての部品の２次元アレイ化が格段に困難になるためである。加工にはデュアルヘッドダイシングソーを用いることができる。これは、ダイシングヘッドを縦列に２機備えているものであり、１回の工程で異なる２種のブレードを用いて連続加工できる装置である。
【０１０６】
ファイバアレイ１以外のレンズアレイ２，９や遮光板７、および受光素子アレイ８の２Ｄアレイ化も行い、いずれもｘ方向５００μｍピッチ、ｙ方向１ｍｍピッチで４×４アレイである。作製した４×４タップモニタモジュールの側面図を図１７に示す。外観は、上面図は図１２と全く同様であり、側面図では、ｙ方向に積み重ねられたような形態となっている。
【０１０７】
（本開示の効果）
以上述べたように、本開示のレンズアレイ２及びこれを用いたモジュールには、以下のような利点がある。
・スペーサ２２がレンズアレイ２と一体に形成されているため、スペーサ２２を別個に作製する工程と、レンズアレイ２に貼り付ける工程が不要となるため、工程数に起因するコストを低減することができる。
・スペーサ２２がレンズアレイ２と一体に形成されているため、事前によく調整された金型を用いたガラスモールドによってレンズアレイ２を作製することで、レンズアレイ２の大量生産を容易にし、かつ、品質を安定させることができる。
・スペーサ２２の突き出し量が非球面レンズ２３よりも多いため、非球面レンズ２３のキズを防ぐことができる。
・光軸方向の調芯に合わせたスペーサ２２の突き出し量とすることで、ファイバアレイ１とレンズアレイ２の接続工程における光軸方向の調芯を省略することができる。このため、ファイバアレイ１とレンズアレイ２の接続工程の時間を短縮することができるとともに、調芯時におけるファイバアレイ１又はレンズアレイ２のキズを防ぐことができる。
・総じて不良品の発生が低下し、それだけ排出される廃棄物の量も少なく、環境負荷が少ない。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本開示は情報通信産業に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１：ファイバアレイ
１１、１１Ａ、１１Ａ−１、１１Ａ−２、１１Ａ−３、１１Ａ−４、１１Ａ−１１、１１Ａ−１２、１１Ａ−１３、１１Ａ−１４、１１Ａ−２１、１１Ａ−３１、１１Ａ−４１、１１Ｂ、１１Ｂ−１、１１Ｂ−２、１１Ｂ−３、１１Ｂ−４、１１Ｂ−１１、１１Ｂ−１２、１１Ｂ−１３、１１Ｂ−１４、１１Ｂ−２１、１１Ｂ−３１、１１Ｂ−４１：光ファイバ
１２−１、１２−２：位置合わせ用光ファイバ
１３−１、１３−２、１３−３、１３−４、１３−５：Ｖ溝板
１４：Ｖ溝
１５−１、１５−２、１５−３、１５−４：位置合わせ溝
２、９：レンズアレイ
２２：スペーサ部
２３：非球面レンズ
２４：レンズ保持部
２４Ａ：レンズ保持面
２４Ｂ：裏面
３：空気層
４：部分透過膜
４２：ガラス基板
５３：上金型
５４：下金型
５５：原料ガラス塊
７：遮光板
７１：貫通孔
８：受光素子アレイ
９１：焦点距離調整樹脂
１０１：ＡＲ板
１０９：ＧＲＩＮレンズアレイ
１７４：ＧＩファイバ
【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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【図２１】
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