(57)【要約】  アレイレンズを内包する光モジュールにおいて構造設計の制約を緩和させるために、本発明のレンズの保持構造は凸面を有するレンズを有し、各レンズの光軸を平行に配置するとともに、各レンズの凸面の頂点をレンズの光軸に垂直な所定の平面上に含まれるよう配置するアレイレンズに対して、複数のレンズの凸面に密着する一の面と、アレイレンズの側面を固定する他の面を備える。
2015129179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸面を有する複数のレンズに有し、各レンズの光軸を平行に配置するとともに、各レンズの凸面の頂点を前記レンズの光軸に垂直な所定の平面上に含まれるよう配置するアレイレンズに対して、
複数の前記レンズの凸面に密着する一の面と、
前記アレイレンズの側面を固定する他の面を備える、
ことを特徴とするレンズの保持構造。
【請求項２】
前記他の面と前記側面とは接着剤を用いて固定されることを特徴とする請求項１に記載のレンズの保持構造。
【請求項３】
前記一の面と前記凸面とは接着剤を用いて固定されることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズの保持構造。
【請求項４】
前記一の面が孔部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のレンズの保持構造。
【請求項５】
前記他の面を複数備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のレンズの保持構造。
【請求項６】
偏光子をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレンズの保持構造。
【請求項７】
前記偏光子は前記一の面に含まれることを特徴とする請求項６に記載のレンズの保持構造。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のレンズの保持構造と、
前記アレイレンズと、を備えることを特徴とするレンズホルダ。
【請求項９】
請求項８に記載のレンズホルダと、
光信号を出力するまたは入力される光ファイバと、
前記光信号を出力するまたは入力される光素子と、を備え、
前記光ファイバと前記光素子とは、前記レンズホルダを用いて光学結合されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
凸面を有するレンズを有し、各レンズの光軸を平行に配置するとともに、各レンズの凸面の頂点を前記レンズの光軸に垂直な所定の平面上に含まれるよう配置するアレイレンズに対して、
複数の前記レンズの凸面に密着させ、
前記アレイレンズの側面を固定することを特徴とするレンズの保持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズの保持構造、レンズホルダ、光モジュールおよびレンズの保持方法に関し、特に、レンズとしてアレイレンズを用いるレンズの保持構造、レンズホルダ、光モジュールおよびレンズの保持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システムは、波長分割多重通信（Ｄ−ＷＤＭ、Ｄｅｎｓｅ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）を始めとする幹線系、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ  Ｔｏ  Ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ）を始めとする加入者系等に幅広く利用されている。光通信システムが幅広く利用されていくにつれて、光通信システムに用いられる光送信・光受信・光機能モジュールなどの需要が高まると共に、光通信システムの高速化・大容量化に伴って、これら光モジュールの集積化の要求が高まっている。【０００３】
このような需要増や高集積化の要求に対して、光モジュールを構成する光学部品の小型化や集積化が有効と考えられている。特に、レンズや光ファイバのような光学部品はアレイ化によって高密度に集積できるため、複数の通信回線を束ねて一つの光モジュールに適用することが可能となる。光学部品を例えばウエハプロセスを使って作製すれば、光学部品の小型化および集積化によりウエハ一つ当たりに取り出せる部品数が多くなる。ここで、ウエハプロセスを使ったアレイ化したレンズの作製として、ウエハ全面にエッチングプロセスによって面付けしたレンズを作製し、２次元配列されたレンズの中から必要な数のレンズを切り出す方法が知られている。【０００４】
このようなアレイレンズを用いる関連技術が特許文献１に記載されている。特許文献１には、発光素子表面に第１の構造物が設けられ、光学素子に第１の構造物に整合する第２の構造物が設けられている旨が記載されている。そして、特許文献１には、第１の構造物と第２の構造物とが嵌合することにより発光素子と光学素子が数μｍ程度の間隔に位置決めされる光モジュールが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−９９０６９号公報
【特許文献２】特表２００６−５１２５９８号公報
【特許文献３】特開平１１−２３８０５号公報
【特許文献４】特開平１０−２２５９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の関連技術では、レンズの光軸は鉛直方向を前提とするものである。このため、特許文献１に記載の関連技術では、各構造物が重力方向に沿って重ねて配設されている。そのため、光モジュールの向きを９０°傾けた場合にアレイレンズを保持できないという問題があった。また、アレイレンズの片面に構造物を特殊な方法で追加工する必要があった。以上のように、アレイレンズ等の集積化部品を用いる光モジュールの構造設計が制約されてしまっていた。【０００７】
本発明の目的は、光モジュールの構造設計の制約を緩和することができるレンズの保持構造、レンズホルダ、光モジュールおよびレンズの保持方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のレンズの保持構造は凸面を有するレンズを有し、各レンズの光軸を平行に配置するとともに、各レンズの凸面の頂点をレンズの光軸に垂直な所定の平面上に含まれるよう配置するアレイレンズに対して、複数のレンズの凸面に密着する一の面と、アレイレンズの側面を固定する他の面を備える。【０００９】
本発明のレンズホルダは、上記レンズの保持構造と、アレイレンズと、を備える。【００１０】
本発明の光モジュールは、上記レンズホルダと、光信号を出力する又は入力される光ファイバと、光信号を出力するまたは入力される光素子と、を備え、光ファイバと光素子とは、レンズホルダを用いて光学結合される。【００１１】
本発明のレンズの保持方法は、凸面を有するレンズを有し、各レンズの光軸を平行に配置するとともに、各レンズの凸面の頂点をレンズの光軸に垂直な所定の平面上に含まれるよう配置するアレイレンズに対して、複数のレンズの凸面に密着させ、アレイレンズの側面を固定する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のレンズの保持構造、レンズホルダ、光モジュールおよびレンズの保持方法によれば、光モジュールの構造設計の制約を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係るレンズホルダの構成を示す側面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態に係るレンズホルダの構成を示す正面図である。
【図２Ａ】本発明の第２の実施形態に係るレンズホルダの構成を示す側面図である。
【図２Ｂ】本発明の第２の実施形態に係るレンズホルダの構成を示す正面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るレンズホルダの構成を示す側面図である。
【図４Ａ】本発明の第４の実施形態に係るレンズホルダの構成を示す側面図である。
【図４Ｂ】本発明の第４の実施形態に係るレンズホルダの構成を示す正面図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係るレンズホルダの構成を示す図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係るレンズホルダの構成を示す側面図である。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る光モジュールの構成を示す図である。
【図８】関連するレンズホルダの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号をつけ、その説明を省略する場合がある。
【００１６】
（第1の実施形態）
図１Ａは、本発明の第１の実施形態の構成を示す側面図である。図１Ｂは、本発明の第１の実施形態の構成を示す正面図である。平凸アレイレンズ２は、凸面を有する複数のレンズを有している。そして、平凸アレイレンズ２は、各レンズの光軸を平行に配置している。また、平凸アレイレンズ２は、各レンズの凸面の頂点をレンズの光軸に垂直な所定の平面上に含まれるよう配置している。レンズの保持構造３は一の面３１をもつ接続部材３８と他の面３２を持つ接着部材３９を備える。レンズホルダ１は、平凸アレイレンズ２とレンズの保持構造３を備える。平凸アレイレンズ２とレンズの保持構造３は、治具等の実装装置によってそれぞれが把持され、光軸が合うように調整される。ここで、調整する際には、接続部材３８の基準面の機械的精度を用いて行われるか、拡大画像による調整配置の確認によって行われる。そして、最適位置に調整した後、平凸アレイレンズ２とレンズの保持構造３は圧接される。圧接の後、平凸アレイレンズ２の側面２２と接着部材３９の他の面３２の間にＵＶ硬化接着剤を流し込み、圧接したまま紫外線を照射して硬化させる。この工程によって、平凸アレイレンズ２とレンズの保持構造３は、上述の調整した位置で固定される。レンズホルダ１は、平凸アレイレンズ２の凸面を接続部材３８の一の面３１に密着させた状態で、平凸アレイレンズ２の側面２２を接着部材３９の他の面３２に固定している。このように、レンズホルダ１は、平凸アレイレンズ２の平面２９ではなく、平凸アレイレンズ２の凸面を使って、レンズの保持構造３への接合を実現している。なお、接続部材３８の一の面３１に光を透過させるため、一の面３１をもつ接続部材３８は、光を透過する材質にする。一の面３１上の光路となる部分に対して、光学研磨や無反射コート等を行って透過損失を低減させることができる。また、レンズの保持構造３の作製方法として、一の面３１をもつ接続部材３８と他の面３２を持つ接着部材３９とを別々の部品として作製してから組み立てることとしてもよいし、同一の素材で一体成型することとしてもよい。以上のように、本実施形態のレンズホルダ１は、光モジュールの構造設計の制限約を緩和することができる。なお、本実施形態のレンズホルダ１は、平凸アレイレンズ２の位置調整を接続部材３８の一の面３１で行い、固定を接着部材３９の他の面３２で行うというように使用面を使い分けている。このため、本実施形態のレンズホルダ１の製造方法においても制限約が緩和されている。
【００１７】
続いて関連する技術との比較を行い、本願の効果をさらに説明する。図８は、関連技術のレンズホルダの構造を示す図である。関連技術のレンズホルダは、板材９の一の面９ａに平凸アレイレンズ２の平面部分を貼り付けた構造である。平凸アレイレンズ２は、凸面を有する複数のレンズに関し、これらレンズの凸面をレンズの光軸に直交する直交方向で一致させて配置するアレイレンズである。平凸アレイレンズにおいては一般に、凸部形状部分が光を集光する。関連技術のレンズホルダは、凸部状部分の図８における右方側に平凸アレイレンズ２自体の厚み、及び板材９の厚みが存在する。このため、焦点位置が板材９の図８における右方側に届かない光学系に適用できない。一方、本実施形態のレンズホルダ１は、凸部状部分の図１Ａにおける左方側に接続部材３８の厚みが存在し、右方側に平凸アレイレンズ２自体の厚みが存在するため、凸部状部分に対する一方側への厚みの偏りを抑制している。このため、本実施形態のレンズホルダ１は、関連技術のレンズホルダよりも焦点が短い光学系に適用できる。これにより、光モジュールの構造設計の制約が緩和されている。なお、関連技術のレンズの保持構造の構成においては、板材９に平凸アレイレンズ２の平面部分を貼り付ける際に平凸アレイレンズ２の位置調整と固定を同一面に行うとしている。
【００１８】
（第２の実施形態）
図２Ａは、本発明の第２の実施形態の構成を示す側面図である。図２Ｂは、本発明の第２の実施形態の構成を示す正面図である。図２Ａ及び図２Ｂに示す第２の実施形態の構成と、図１Ａ及び図１Ｂに示す第１の実施形態の構成との差異は、接続部材３８に貫通穴を形成した点にある。本実施形態では、この貫通穴が形成された部位を孔部３３としている。その他の構成については図１Ａ及び図１Ｂに示す構成と同一である。このように、本実施形態においては、一の面３１をもつ接続部材３８に孔部３３を設けているため、一の面３１をもつ接続部材３８の材料によらず光路が遮られない。従って、レンズホルダとして光を透過しない材質を用いることができる。すなわち、接続部材３８の材料に対する制約が緩和されている。例えば、平凸アレイレンズ２に光学ガラスＢＫ７（線膨張係数：７．１×１０−６／℃）を用いた場合に、レンズホルダの材質には光を透過しないセラミックであるアルミナ（線膨張係数：７．２×１０−６／℃）を用いることができる。すると、アルミナとＢＫ７とは線膨張係数がほぼ等しいことから、環境温度に変化が生じてもアレイレンズ２とレンズの保持構造３の接着面における熱応力の発生を抑制することができる。さらに、アルミナはガラスと比較して欠けにくいので、光モジュール組み立て時にレンズホルダ１をピンセット等で掴む際の取り扱いが容易になる。すなわち、部品の取り扱いにおける制約が緩和される。
【００１９】
（効果）
本実施形態のレンズの保持構造、レンズホルダ、光モジュールおよびレンズの保持方法によれば、光モジュールの構造設計の制約を緩和することができる。
【００２０】
さらに本実施形態では、レンズホルダの材質に光を透過しない材質を採用でき、材料選択の幅が広がる効果を奏する。
【００２１】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態の構成を示す図である。図３に示す第３の実施形態の構成と、図１に示す第１の実施形態の構成との差異は、接続部材３８の一の面３１にある。その他の構成については図１に示す構成と同一である。具体的には、平凸アレイレンズ２の凸面を接続部材３８の一の面３１に接着した構造である。平凸アレイレンズ２とレンズの保持構造３は、治具等の実装装置によってそれぞれが把持され、平凸アレイレンズ２の凸面または一の面３１にＵＶ硬化接着剤である接着剤１０を塗布する。塗布の後、光軸が合うように調整して平凸アレイレンズ２の凸面と接続部材３８の一の面３１を圧接し、一の面３１に紫外線を照射して接着剤１０を硬化させる。補強のため、平凸アレイレンズ２の側面２２とレンズホルダの他の面３２の間に接着剤１０を流し込み、紫外線を照射して硬化させる。
【００２２】
（効果）
本実施形態のレンズの保持構造、レンズホルダ、光モジュールおよびレンズの保持方法によれば、光モジュールの構造設計の制約を緩和することができる。
【００２３】
さらに本実施形態では、接着剤１０の塗布面が一の面３１の場合、この一の面３１と平凸アレイレンズ２の凸面との間に生じる隙間３７に接着剤１０が存在するため、時間経過に伴う接着剤のダレが、例えば、平面と平面との間に接着材１０が存在するよりも生じにくい。また、最初に接着剤硬化によって平凸アレイレンズ２とレンズの保持構造３の位置を固定した場合には、その後部品を固定しておく必要がなくなる。そのため、補強に用いる接着剤として硬化時間が長い熱硬化タイプの接着剤を使うことができ、材料選択の幅が広がる効果を奏する。
【００２４】
（第４の実施形態）
図４Ａは、本発明の第４の実施形態の構成を示す側面図である。図４Ｂは、本発明の第４の実施形態の構成を示す正面図である。図４Ａ及び図４Ｂに示す第４の実施形態の構成と、図１Ａ及び図１Ｂに示す第１の実施形態の構成との差異は、接着部材３９の他の面３２にある。その他の構成については図１に示す構成と同一である。具体的には、平凸アレイレンズ２の凸面を接続部材３８に密着させた状態で、平凸アレイレンズ２の２つの側面２２の夫々を接着部材３９の他の面３２に接着固定した構造である。２か所接着することで接着面積が大きくなり、ひいては接着力が増す。さらに、接着剤１０が硬化する際に硬化収縮が発生した場合にも、対向する２面で接着することにより接着剤１０の硬化によって発生する応力を相殺することが可能になる。これにより、本実施形態では、平凸アレイレンズ２の位置ズレを抑制することができる。なお、接着面は２面に限らず、より多くの面で固定してよい。
【００２５】
（効果）
本実施形態のレンズの保持構造、レンズホルダ、光モジュールおよびレンズの保持方法によれば、光モジュールの構造設計の制約を緩和することができる。
【００２６】
さらに本実施形態では、複数箇所で接着することで接着力が増す。また、本実施形態では、向かい合う２面を同時に接着することにより硬化収縮による応力を相殺することが可能になる。これにより、本実施形態は、平凸アレイレンズ２の調整した位置からの位置ズレを抑制できるという効果を奏する。
【００２７】
（第５の実施形態）
図５は、本発明の第５の実施形態に係るレンズホルダの構成を示す図である。図５に示す第５の実施形態の構成と、図４Ａ及び図４Ｂに示す第４の実施形態の構成との差異は、偏光子４，光素子５、光ファイバ６にある。その他の構成については図４Ａ及び図４Ｂに示す構成と同一である。具体的には、レンズの保持構造３の一の面をもつ接続部材３８の裏側に、偏光子４を接着した構成である。光素子５と光ファイバ６を、平凸アレイレンズ２を介して光学的に結合する際に、光素子５に入射する信号光の偏波角度差を補償するために、光路上に偏光子を配置する場合がある。この場合において、光素子５の開口数によっては、平凸アレイレンズと光素子の距離が短くなり、偏光子を挿入できるだけのスペースが確保できない場合がある。そうすると、光ファイバと平凸アレイレンズの間に偏光子を挿入する必要がある。本実施形態は、偏光子をレンズの保持構造３に貼り付ける構成としているので、偏光子を独立して固定するより光学系をコンパクトにできる。偏光子の他に、補償する特性に応じて異なる機能を持つフィルタを接着してもよい。
【００２８】
以上のように、偏光子を備える光モジュールにおいて、レンズホルダがコンパクトになり、光モジュールの構造設計の制約を緩和することができる。
【００２９】
（第６の実施形態）
図６は、本発明の第６の実施形態に係るレンズホルダの構成を示す側面図である。図６に示す第６の実施形態の構成と、図５に示す第５の実施形態の構成との差異は、偏光子４にある。その他の構成については図５に示す構成と同一である。具体的には、レンズの保持構造３の一の面３１をもつ接続部材３８に偏光子４が含まれる構成である。本実施形態においては、第５の実施形態と比較して光学系がさらにコンパクトになるメリットがある。もちろん、偏光子に限らず、光線毎に異なる機能のフィルタでレンズホルダを構成することも可能である。また、レンズの保持構造３の他の面部分は、フィルタとは別の材料にしても良い。
【００３０】
以上のように本実施形態では、偏光子を備えるレンズの保持構造３がより一層小型になり、構造設計の制約を緩和することができる。
【００３１】
（第７の実施形態）
図７は、本発明の第７の実施形態にかかる光モジュールの構成を示す図である。第７の実施形態の構成は、レンズの保持構造３と、光素子５と光ファイバ６および光ファイバ保持部品７を、例えば接着剤１０によって光部品搭載キャリア８に搭載した構成である。光素子５と光ファイバ６は、平凸アレイレンズ２を介して光学的に結合されている。つまり、素子５と光ファイバ６と平凸アレイレンズ３の光軸は同一直線上に配置されている。レンズの保持構造３を使うことによって、レンズを任意の向きで保持することが可能になる。従って、光学結合の調整等に関する制限が緩和され、その結果、光学結合損失を大幅に低減できる。光部品搭載キャリアと各種部品は、溶接や一体形成や陽極接合などの接着以外の方法で固定しても良い。光部品搭載キャリアは一体形成された１個のものでも良いし、搭載する部品毎に分割した複数個のキャリアを使っても良い。光学結合のためのレンズは複数個を使用しても良い。この場合、少なくとも１個はレンズの保持構造３を使用するが、それ以外のレンズはレンズの保持構造３を使用しなくても良い。
【００３２】
以上のように光モジュールの構造設計の制約を緩和することができる。
【００３３】
（第８の実施形態）
次に、光モジュールの構造設計の制約を緩和するための必要最小限の構成について図１を参照して説明する。平凸アレイレンズ２は、凸面を有する複数のレンズに有する。そして、平凸アレイレンズ２は、各レンズの光軸を平行に配置している。また、平凸アレイレンズ２は、各レンズの凸面の頂点をレンズの光軸に垂直な所定の平面上に含まれるよう配置しているアレイレンズである。本実施形態のレンズの保持構造３は、アレイレンズの複数の凸面に密着する一の面３１と、アレイレンズの側面を固定する他の面３２を備えて構成される。これにより、光モジュールの構造設計における制約を緩和することができる。
【００３４】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、請求の範囲に記載の発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【００３５】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００３６】
この出願は、２０１４年２月２６日に出願された日本出願特願２０１４−０３５３４２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００３７】
１    レンズホルダ
２    平凸アレイレンズ
２２    平凸アレイレンズの側面
３    レンズの保持構造
３１    レンズの保持構造の一の面
３２    レンズの保持構造の他の面
３３    孔部
４    偏光子
５    光素子
６    光ファイバ
７    光ファイバ保持部品
８    光部品搭載キャリア
９    板材
１０    接着剤
【図１Ａ】
2015129179.tif 000003
【図１Ｂ】
2015129179.tif 000004
【図２Ａ】
2015129179.tif 000005
【図２Ｂ】
2015129179.tif 000006
【図３】
2015129179.tif 000007
【図４Ａ】
2015129179.tif 000008
【図４Ｂ】
2015129179.tif 000009
【図５】
2015129179.tif 000010
【図６】
2015129179.tif 000011
【図７】
2015129179.tif 000012
【図８】
2015129179.tif 000013
【国際調査報告】
2015129179.tif 000014
2015129179.tif 000015
2015129179.tif 000016
2015129179.tif 000017