(57)【要約】【課題】レンズごとの集光距離が各々任意に設定されており、主として多層光導波路上に光電変換デバイス等のデバイスを取り付けるに際して好適な特性を有するレンズアレイ、及びこのような特性を示すレンズアレイを提供する。【解決手段】二つの端面間に複数の貫通孔１が並設された本体基材２と、貫通孔１の内部にそれぞれ配設されたレンズ（ガラスレンズ３ａ）とを備え、レンズ３の集光距離（貫通孔１の一方の開口端部又はその近傍に配置された発光点４から発せられた光５がレンズ（ガラスレンズ３ａ）により集光されて集光点６が形成される場合における、発光点４から集光点６までの距離）が、レンズ（ガラスレンズ３ａ）ごとに特定値に設定されてなることを特徴とするレンズアレイ５０である。【選択図】　図１
2004053880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、前記貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備え、
前記レンズの集光距離（前記貫通孔の一方の開口端部又はその近傍に配置された発光点から発せられた光が前記レンズにより集光されて集光点が形成される場合における、前記発光点から前記集光点までの距離）が、前記レンズごとに特定値に設定されてなることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項２】
前記貫通孔の内部に、それぞれ一又は二以上の前記レンズが配設されてなる請求項１に記載のレンズアレイ。
【請求項３】
前記発光点から前記レンズの配設位置までの距離が、前記レンズごとに特定値に設定されてなる請求項１又は２に記載のレンズアレイ。
【請求項４】
前記レンズの曲率半径が、前記レンズごとに特定値に設定されてなる請求項１又は２に記載のレンズアレイ。
【請求項５】
前記曲率半径の値が、０．０２５〜２０ｍｍである請求項４に記載のレンズアレイ。
【請求項６】
前記レンズの屈折率が、前記レンズごとに特定値に設定されてなる請求項１又は２に記載のレンズアレイ。
【請求項７】
前記屈折率の値が、１．２〜２．０である請求項６に記載のレンズアレイ。
【請求項８】
前記本体基材が、セラミックス、ガラス、金属、樹脂、又はこれらの複合材からなる請求項１〜７のいずれか一項に記載のレンズアレイ。
【請求項９】
二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、前記貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えるとともに、前記本体基材と前記レンズが、樹脂により一体成形されてなる構成を有し、
前記レンズの集光距離（前記貫通孔の一方の開口端部又はその近傍に配置された発光点から発せられた光が前記レンズにより集光されて集光点が形成される場合における、前記発光点から前記集光点までの距離）が、前記レンズごとに特定値に設定されてなることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項１０】
二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、前記貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えたレンズアレイの製造方法であって、
前記貫通孔のそれぞれに挿入可能な櫛歯状の挿入部を有する挿入治具を用いて、前記レンズの集光距離（前記貫通孔の一方の開口端部又はその近傍に配置された発光点から発せられた光が前記レンズにより集光されて集光点が形成される場合における、前記発光点から前記集光点までの距離）が前記レンズごとに特定値となるように、前記挿入治具の前記挿入部を、その先端に前記レンズ表面を当接させた状態で前記貫通孔にそれぞれ挿入して、前記レンズのそれぞれを前記貫通孔の内部に配設することを特徴とするレンズアレイの製造方法。
【請求項１１】
前記挿入治具の前記挿入部として、その挿入長さを前記貫通孔の前記一方の開口端部から前記レンズの配設位置までの距離が前記レンズごとに特定値となるように設定したものを用いる請求項１０に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項１２】
前記レンズとして、その曲率半径を前記レンズの集光距離が前記レンズごとに特定値となるように設定したものを用いる請求項１０に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項１３】
前記レンズとして、その屈折率を前記レンズの集光距離が前記レンズごとに特定値となるように設定したものを用いる請求項１０に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項１４】
二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、前記貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えたレンズアレイの製造方法であって、
前記貫通孔に上下方向からそれぞれ挿入可能な、それぞれの先端にレンズ成形面が形成された櫛歯状の押圧部を有する上金型及び下金型を備えたレンズ成形金型を用いて、前記レンズの集光距離（前記貫通孔の一方の開口端部又はその近傍に配置された発光点から発せられた光が前記レンズにより集光されて集光点が形成される場合における、前記発光点から前記集光点までの距離）が前記レンズごとに特定値となるように、前記レンズ成形金型の前記押圧部を、前記貫通孔に上下方向からそれぞれ挿入して、前記レンズ成形面でレンズ材料を押圧、成形することによって、前記レンズのそれぞれを前記貫通孔の内部に配設することを特徴とするレンズアレイの製造方法。
【請求項１５】
前記レンズ成形金型の前記押圧部として、その挿入長さを前記貫通孔の前記一方の開口端部から前記レンズの配設位置までの距離が前記レンズごとに特定値となるように設定したものを用いる請求項１４に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項１６】
前記レンズ成形金型として、そのレンズ成形面の曲率半径を前記レンズの集光距離が前記レンズごとに特定値となるように設定したものを用いる請求項１４に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項１７】
前記レンズ材料として、その屈折率を前記レンズの集光距離が前記レンズごとに特定値となるように設定したものを用いる請求項１４に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項１８】
二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、前記貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えたレンズアレイの製造方法であって、
前記レンズ及び前記貫通孔が並設された本体基材の外形形状に対応した形状の成形面が形成された成形金型を用いて、前記レンズの集光距離（前記貫通孔の一方の開口端部又はその近傍に配置された発光点から発せられた光が前記レンズにより集光されて集光点が形成される場合における、前記発光点から前記集光点までの距離）が前記レンズごとに特定値となるように、所定の成形材料を一体的に成形することによって、前記レンズのそれぞれが前記貫通孔の内部に配設された構造を形成すること特徴とするレンズアレイの製造方法。
【請求項１９】
前記成形金型として、前記貫通孔の前記一方の開口端部から、前記レンズの配設位置までの距離が前記レンズごとに特定値となるように設定したものを用いる請求項１８に記載のレンズアレイの製造方法。
【請求項２０】
前記成形金型として、前記レンズを成形する面の曲率半径を前記レンズの集光距離が前記レンズごとに特定値となるように設定したものを用いる請求項１８に記載のレンズアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレンズアレイに係り、更に詳しくは、主として光電変換デバイスと多層光導波路の間に配設されるレンズアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の技術の進展に伴うＭＰＵ、メモリ・バス、ネットワークの高速化により、例えばデータ伝送速度が約５Ｇｂｐｓを超える場合においては、インピーダンス整合の困難性、電磁波ノイズの発生等が問題となるために、電気伝送では十分なデータ伝送を行い難いといった実情がある。このため、チップ間、ボード間等における高速データ伝送に際しては、光信号による伝送（光伝送）が必要とされる。
【０００３】光伝送のシステムは、発光素子、結合レンズ、光導波路、受光素子等により構成される。従来、発光素子に端面発光レーザー（一次元アレイ）や面発光レーザー（一次元又は二次元アレイ）を使用し、これらから発せられた光を、レンズを介して単層の光導波路へ導入する研究が進められている。また、更なる情報の高速化、高集積化のニーズに対応すべく、二次元アレイ型面発光レーザーが採用されるようになり、このような場合においては、光導波路は積層され、多層体（多層光導波路）として用いられることが予想される。なお、光電変換デバイスと光導波路との間において光信号の伝送を行うためには、レンズ等が組み込まれた光学部材、具体的にはレンズが二次元に配置されてなる二次元レンズアレイをはじめとする光学部材を用いて光信号を集光する必要性がある。
【０００４】関連する先行技術として、特開平１１−２４８９０５号公報においては、フォトリソ法を採用した平板マイクロレンズアレイの製造方法が開示されている。また、特開２００１−１８５７５２公報においては、透明樹脂の表面上等に紫外線硬化型樹脂液を滴下し、その表面張力により形成される球面を保持して硬化させてなるレンズを所定のパターンで配列したマイクロレンズアレイ、及びこれが組み込まれた光信号入出力装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光電変換デバイスを取り付けるに際して用いられるレンズアレイについては、これを構成する各レンズごとの集光距離（発光点から発せられた光がレンズにより集光されて集光点が形成される場合における、発光点から集光点までの距離）が各々任意に設定され得るものであることが好ましく、全てのレンズの集光距離が同一であるレンズアレイを採用することは、導波路配設のスペースを確保する都合上、困難であるといった問題がある。
【０００６】前述の特開平１１−２４８９０５号公報において開示された平板マイクロレンズアレイの製造方法では、各レンズごとの集光距離を任意に設定することは困難である。また、前述の特開２００１−１８５７５２公報において開示されたマイクロレンズアレイは、所定の樹脂液の滴下により各レンズを形成してなるものであるため、各レンズごとの集光距離を任意に設定することは可能ではある。
【０００７】しかしながら、前述の樹脂液の滴下量を正確に制御しつつ、多数のレンズを正確な位置関係を保ちつつ形成する操作は困難な場合もある。更に、極めて微小な光学部品を前述の滴下操作で作製することは煩雑であり、実用的であるとはいえなかった。
【０００８】本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レンズごとの集光距離が各々任意に設定されており、主として多層光導波路上に光電変換デバイス等のデバイスを取り付けるに際して好適な特性を有するレンズアレイ、及びこのような特性を示すレンズアレイの、合理的かつ簡便な製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、前記貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備え、前記レンズの集光距離（前記貫通孔の一方の開口端部又はその近傍に配置された発光点から発せられた光が前記レンズにより集光されて集光点が形成される場合における、前記発光点から前記集光点までの距離）が、前記レンズごとに特定値に設定されてなることを特徴とするレンズアレイが提供される。
【００１０】本発明においては、貫通孔の内部に、それぞれ一又は二以上のレンズが配設されてなることが好ましい。
【００１１】本発明においては、▲１▼発光点からレンズの配設位置までの距離が、レンズごとに特定値に設定されてなること、▲２▼レンズの曲率半径が、レンズごとに特定値に設定されてなること、▲３▼レンズの屈折率が、レンズごとに特定値に設定されてなること、のいずれかであることが好ましい。なお、前記▲２▼の場合におけるレンズの曲率半径の値は０．０２５〜２０ｍｍであることが好ましく、前記▲３▼の場合におけるレンズの屈折率の値は１．２〜２．０であることが好ましい。
【００１２】本発明においては、本体基材が、セラミックス、ガラス、金属、、樹脂、又はこれらの複合材からなることが好ましい。
【００１３】また、本発明によれば、二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、前記貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えるとともに、前記本体基材と前記レンズが、樹脂により一体成形されてなる構成を有し、前記レンズの集光距離（前記貫通孔の一方の開口端部又はその近傍に配置された発光点から発せられた光が前記レンズにより集光されて集光点が形成される場合における、前記発光点から前記集光点までの距離）が、前記レンズごとに特定値に設定されてなることを特徴とするレンズアレイが提供される。
【００１４】また、本発明によれば、二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、前記貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えたレンズアレイの製造方法であって、前記貫通孔のそれぞれに挿入可能な櫛歯状の挿入部を有する挿入治具を用いて、前記レンズの集光距離（前記貫通孔の一方の開口端部又はその近傍に配置された発光点から発せられた光が前記レンズにより集光されて集光点が形成される場合における、前記発光点から前記集光点までの距離）が前記レンズごとに特定値となるように、前記挿入治具の前記挿入部を、その先端に前記レンズ表面を当接させた状態で前記貫通孔にそれぞれ挿入して、前記レンズのそれぞれを前記貫通孔の内部に配設することを特徴とするレンズアレイの製造方法が提供される。
【００１５】本発明においては、▲１▼挿入治具の挿入部として、その挿入長さを貫通孔の一方の開口端部からレンズの配設位置までの距離がレンズごとに特定値となるように設定したものを用いること、▲２▼レンズとして、その曲率半径をレンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように設定したものを用いること、▲３▼レンズとして、その屈折率を前記レンズの集光距離が前記レンズごとに特定値となるように設定したものを用いること、のいずれかが好ましい。
【００１６】また、本発明によれば、二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、前記貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えたレンズアレイの製造方法であって、前記貫通孔に上下方向からそれぞれ挿入可能な、それぞれの先端にレンズ成形面が形成された櫛歯状の押圧部を有する上金型及び下金型を備えたレンズ成形金型を用いて、前記レンズの集光距離（前記貫通孔の一方の開口端部又はその近傍に配置された発光点から発せられた光が前記レンズにより集光されて集光点が形成される場合における、前記発光点から前記集光点までの距離）が前記レンズごとに特定値となるように、前記レンズ成形金型の前記押圧部を、前記貫通孔に上下方向からそれぞれ挿入して、前記レンズ成形面でレンズ材料を押圧、成形することによって、前記レンズのそれぞれを前記貫通孔の内部に配設することを特徴とするレンズアレイの製造方法が提供される。
【００１７】本発明においては、▲１▼レンズ成形金型の押圧部として、その挿入長さを貫通孔の一方の開口端部から前記レンズの配設位置までの距離がレンズごとに特定値となるように設定したものを用いること、▲２▼レンズ成形金型として、そのレンズ成形面の曲率半径をレンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように設定したものを用いること、▲３▼レンズ材料として、その屈折率を前記レンズの集光距離が前記レンズごとに特定値となるように設定したものを用いること、のいずれかが好ましい。
【００１８】また、本発明によれば、二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、前記貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えたレンズアレイの製造方法であって、前記レンズ及び前記貫通孔が並設された本体基材の外形形状に対応した形状の成形面が形成された成形金型を用いて、前記レンズの集光距離（前記貫通孔の一方の開口端部又はその近傍に配置された発光点から発せられた光が前記レンズにより集光されて集光点が形成される場合における、前記発光点から前記集光点までの距離）が前記レンズごとに特定値となるように、所定の成形材料を一体的に成形することによって、前記レンズのそれぞれが前記貫通孔の内部に配設された構造を形成すること特徴とするレンズアレイの製造方法が提供される。
【００１９】本発明においては、▲１▼成形金型として、貫通孔の一方の開口端部から、レンズの配設位置までの距離がレンズごとに特定値となるように設定したものを用いること、▲２▼成形金型として、レンズを成形する面の曲率半径をレンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように設定したものを用いること、のいずれかが好ましい
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２１】本発明の第一の実施形態は、主として多層光導波路上に配設等されるレンズアレイであり、二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、貫通孔の内部にそれぞれに配設されたレンズとを備え、レンズの集光距離が、レンズごとに特定値に設定されてなることを特徴とするものである。なお、本発明における「レンズの集光距離」とは、貫通孔の一方の開口端部又はその近傍に配置された発光点から発せられた光がレンズにより集光されて集光点が形成される場合における、発光点から集光点までの距離（以下、「集光距離」と記す）をいう。以下、本発明の詳細について説明する。
【００２２】図１は、本発明のレンズアレイの一実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態のレンズアレイ５０は、本体基材２とレンズ（ガラスレンズ３ａ）とより構成されている。本体基材２には、その二つの端面間に複数の貫通孔１が並設されており、これらの貫通孔１のそれぞれの内部にレンズ（ガラスレンズ３ａ）が配設されている。また、貫通孔１の一方の開口端部に配置された発光点４から発せられた光（光信号）５がレンズ（ガラスレンズ３ａ）により集光されて集光点６が形成される場合における、発光点４から集光点６までの距離により表される集光距離が、レンズ（ガラスレンズ３ａ）ごとに特定値に設定されている。
【００２３】本発明において「集光距離がレンズごとに特定値に設定されている」とは、レンズごとの集光距離が、任意の値に制御され得るものであることを意味する。即ち、本発明のレンズアレイは、その用途に応じた集光距離の設定が各レンズごとになされ得るものである。従って、例えば全てのレンズについての集光距離が同一である場合、一定の方向性を持って連続的に変化している場合、又は不連続に変化している場合等、任意の特定値に設定されるものである。なお、図１においては、貫通孔１の一方の開口端部に発光点４が配置された状態を示しているが、本発明において発光点が配置される位置は、開口端部の近傍であってもよく、一方の開口端部から貫通孔を通じて他方の開口端部の方向へと光（光信号）を照射し得る位置に配置される。
【００２４】レンズごとの集光距離が一定の方向性を持って連続的に変化している場合、又は不連続に変化している場合に関していえば、このようにレンズの集光距離が特定値に設定された本発明のレンズアレイは、集光の位置をある特定の点又は狭領域に合わせるような用途、具体的には、図１に示すように、複数の光導波路４０が積層されてなる多層光導波路４１上に光電変換デバイス等のデバイス（図示せず）を取り付けるに際して好適な特性を有するものであり、集光点６を光導波路４０のコア部分の反射鏡面、即ち狭領域に合わせ得るものである。
【００２５】また、本発明においては図３に示すように、貫通孔１の内部に、それぞれ一又は二以上のレンズ（第一レンズ３１、第二レンズ３２）が配設されるように構成することが好ましい。一の貫通孔の内部に二以上のレンズが配設されることにより、集光距離が増減した場合であっても開口数（Ｎ．Ａ．（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ））が一定に保たれ、一定の入射角の光信号が伝達可能となるために好ましい。
【００２６】次に、レンズの集光距離がレンズごとに特定値に設定される態様について説明する。本発明においては、発光点からレンズの配設位置までの距離が、レンズごとに特定値に設定されてなることが好ましい。図１に示すように、レンズ（ガラスレンズ３ａ）が、貫通孔１の長手（貫通）方向において任意の位置に設定されて配設されることにより、集光点６の形成される位置、即ち集光距離が簡便に特定値に設定される。具体的には、レンズの集光可能な配設位置において、発光点からレンズの配設位置までの距離がより短い場合には集光距離は長く、より長ければ集光距離は短く設定される。なお、本発明にいう「レンズの配設位置」とは、配設されるレンズの形状が入射光を受ける曲面を含む真球であると仮定した場合における、この真球の中心点を意味し、「レンズの集光可能な配設位置」とは、コリメート光（平行光）が発光点方向からレンズに入光した場合に、レンズアレイ外部の所望とする集光点に集光し得るレンズの配設位置を意味するものであり、この場合、発光点はレンズ焦点の外側に配置されていることを要する。以下、同様の意味である。
【００２７】また、本発明においては、レンズの曲率半径がレンズごとに特定値に設定されてなることが好ましい。各々異なる曲率半径を有するレンズが貫通孔に配設されることによっても、集光点の形成される位置、即ち集光距離が、簡便に特定値に設定される。具体的には、より曲率半径の大きいレンズが配設される場合には集光距離は長く、より曲率半径の小さいレンズが配設される場合には集光距離は短く設定される。なお、レンズアレイとして多層光導波路等に実装する場合を想定すると、レンズの曲率半径の値は０．０２５〜２０ｍｍであることが好ましく、０．０５〜１０ｍｍであることが更に好ましく、０．１〜３ｍｍであることが特に好ましい。
【００２８】更に、本発明においては、レンズの屈折率がレンズごとに特定値に設定されてなることが好ましい。即ち、各々異なる屈折率を有するレンズが貫通孔に配設されることによっても、集光点の形成される位置、即ち集光距離が、簡便に特定値に設定される。具体的には、より屈折率の小さい材質からなるレンズが配設される場合には集光距離は長く、より屈折率の大きい材質からなるレンズが配設される場合には集光距離は短く設定される。なお、レンズアレイとして多層光導波路等に実装する場合を想定すると、レンズの屈折率の値は１．２〜２．０であることが好ましく、１．３５〜１．６５であることが更に好ましく、１．４〜１．６であることが特に好ましい。なお、本発明におけるレンズの屈折率の値は、ナトリウムＤ線を用いた２５℃における測定値をいう。
【００２９】本発明においては、本体基材がセラミックス、ガラス、金属、樹脂、又はこれらの複合材からなることが好ましい。更に具体的には、セラミックスとしては酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ムライト、窒化珪素、炭化珪素、マイカ、ワラストナイト又はマシナブルセラミックスが好ましい。また、ガラスとしては非晶質シリカ、ホウ珪酸ガラス、Ｅガラス、又はソーダライムガラスが好ましく、金属としてはシリコン、ニッケル鋼、タングステン、モリブデン、ステライト、ステンレス鋼、コバール、インバー、炭素鋼、若しくは超硬合金、又はこれらの複合物が好ましい。また、樹脂としてはアクリル樹脂（例えばＰＭＭＡ樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、オレフィンマレイド系樹脂等が好ましい。これらの材質は加工性に優れているためにドリル加工等による貫通孔の穿設が容易であり、又は、圧縮成形、射出成形等の成形性に優れているためである。
【００３０】レンズを構成する材質の好適例としては、ガラス、樹脂等を挙げることができる。図２は、図１に示すガラスレンズ３ａに代えて樹脂レンズ３ｂを貫通孔１の内部に配設した状態を模式的に示す断面図であり、発光点４から樹脂レンズ３ｂの配設位置までの距離を、樹脂レンズ３ｂごとに特定値に設定した状態を示している。ガラスや樹脂は取扱いが容易であるとともに成形性に優れ、また、光学部材用のレンズ材料として好ましい特性を示すものである。なお、樹脂の具体例としては、ＰＭＭＡ樹脂（アクリル樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、オレフィンマレイド系樹脂、その他の透明樹脂等を挙げることができる。
【００３１】図９は、光電変換モジュールを構成する主要な材料の熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ）をプロットしたグラフであり、発光素子としてＧａＡｓ、受光素子としてＩｎＰ、レンズとしてガラス又はアクリル樹脂、及び本体基材として酸化アルミニウムの各々の熱膨張係数を比較した結果である。図９によれば、レンズとしてのアクリル樹脂は、他の材料に比してその熱膨張係数が大きいことが明らかである。従って、レンズを構成する材料として樹脂を用いた場合には、周囲の温度変化により光軸がずれることも想定される。しかしながら、発光素子（ＧａＡｓ）や受光素子（ＩｎＰ）とほぼ同等の熱膨張係数である本体基材（例えば酸化アルミニウム）の内部に樹脂レンズを配設した本発明のレンズアレイは、周囲の温度変化によっても光軸がずれないといった効果を奏する。
【００３２】なお、前述の特開平１１−２４８９０５号公報の平板マイクロレンズアレイはガラス製であるため、周囲の温度変化によっても光軸がずれ難いことが想定されるが、各レンズごとの集光距離を任意に設定することは困難である。これに対して、本発明のレンズアレイは、各レンズごとの集光距離が任意に設定されるものであり、多層光導波路上に光電変換デバイスをはじめとする電子デバイスを取り付ける際にも好適に採用され、その適用範囲が広いものである。
【００３３】次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態は、主として多層光導波路上に配設等されるレンズアレイであり、二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えるとともに、本体基材とレンズが、樹脂により一体成形されてなる構成を有し、レンズの集光距離が、レンズごとに特定値に設定されてなることを特徴とするものである。図４及び図５に示すように、本体基材２と樹脂レンズ３ｂとを一体成形してレンズアレイ（一体型）５１を構成し、樹脂レンズ３ｂの集光距離が特定値に設定されているものである。このような構成とすることにより、集光点をある特定の点又は狭領域に合わせる用途のレンズアレイとして好適な特性を示すといった効果を奏する。なお、図４は、発光点４から樹脂レンズ３ｂの配設位置までの距離が樹脂レンズ３ｂごとに特定値に設定された状態を示しており、図５は、各々異なる曲率半径を有する樹脂レンズ３ｂが貫通孔１に配設された状態を示している。
【００３４】図８は、本発明のレンズアレイの光電変換モジュールへの実装例を示す模式図であり、プリント基板６３上に、光導波路４０が積層されてなる多層光導波路４１が載置され、この多層光導波路４１上に、本発明の実施形態であるレンズアレイ５０を介して、発光素子６０及び受光素子６１が載置された状態を示している。なお、符号６２はＬＳＩを示し、発光素子６０及び受光素子６１と電気的に接続している。発光素子６０から発せられた光（光信号）５は、レンズアレイ５０のレンズ３により集光され、下方に位置する光導波路４０のコア部分に集光点が形成される。本実施形態のレンズアレイ５０は、各レンズの集光距離の制御が極めて容易になされるものであり、更に、光導波路４０のコア部分の大きさ（コアサイズ）は４０×４０μｍ〜５０×５０μｍ程度であり、このコア部分内に正確に集光点を形成することができる。なお、光導波路４０のコア部分から発せられた光（光信号）５がレンズ３により集光され、受光素子６１において集光点を形成する場合についても同様である。
【００３５】本発明のレンズアレイは、これを構成するレンズの集光距離が、レンズごとに特定値に設定されてなるものであり、このような構造的特徴を生かし、例えば、光ファイバコネクション、イメージセンサー、液晶プロジェクター、画像表示装置用、光電変換モジュール用のレンズアレイ等として好適に採用される。また、光源から導光板を通じて液晶素子等に光を伝える構成を有する液晶パネルにおいて、ロスする光を集光させるための部材として用いることができ、光の効率化を図ることができる。
【００３６】次に、本発明の第三の実施形態について説明する。本発明の第三の実施形態は、二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えたレンズアレイの製造方法であり、貫通孔のそれぞれに挿入可能な櫛歯状の挿入部を有する挿入治具を用いて、レンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように、挿入治具の挿入部を、その先端にレンズ表面を当接させた状態で貫通孔にそれぞれ挿入して、レンズのそれぞれを貫通孔の内部に配設することを特徴とするものである。以下、その詳細について説明する。
【００３７】本実施形態においては、まず、図６に示すようなレンズ３、複数の貫通孔１が並設された本体基材２、及び挿入部１０を有するとともに全体として櫛歯状に構成された挿入治具１１を用意する。レンズ３はガラス製のもの、樹脂製のもの、いずれのものであってもよい。また、本体基材２を用意するに際して、貫通孔１を並設するにはドリル加工により穿設するほか、レーザー加工、超音波加工、打ち抜き加工等してもよい。また、適当な材料を使用し、粉末成形加工、射出成形加工、溶融成形加工等の加工方法によって貫通孔を並設してもよい。なお、挿入治具１１としては、その挿入部１０が一次元方向に配列された線形状のものに限定されず、二次元方向に配列された平面形状のものを用いることもできる。
【００３８】図６に示す挿入治具１１の挿入部１０は、貫通孔１のそれぞれに挿入可能に構成されているものである。挿入部１０の先端に、レンズ３の表面を当接させるとともに貫通孔１に挿入して、レンズ３の集光距離がレンズ３ごとに特定値となるように、それぞれを貫通孔１の内部に配設する。この際、貫通孔１の内面、又はレンズ３の表面に接着剤、例えば熱硬化型エポキシ樹脂、低融点ガラス、紫外線硬化型エポキシ樹脂、シリコン、紫外線硬化型アクリル樹脂等を塗布しておき、レンズ３の配設を確実なものとすることが好ましい。なお、図３に示すように、貫通孔１の内部にそれぞれ二以上のレンズ（第一レンズ３１、第二レンズ３２）を配設するには、挿入治具を使用したレンズ３の配設を二回以上行えばよい。また、貫通孔及びその内部に配設されるレンズが、二次元に配列されてなるレンズアレイ（二次元レンズアレイ）を製造する場合には、その挿入部が二次元方向に配列された平面形状の挿入治具を用いる、挿入部が一次元方向に配列された線形状の挿入治具を用いて、複数回の挿入を行う等すればよい。
【００３９】次に、集光距離が各々特定値となるように貫通孔の内部にレンズを配設する、更に具体的な実施形態について説明する。本実施形態においては、挿入治具１１の挿入部１０として、その挿入長さを貫通孔１の一方の開口端部からレンズ３の配設位置までの距離がレンズ３ごとに特定値となるように設定したものを用いることが好ましい。即ち、挿入部１０の長さを任意の値に調整した挿入治具１１を用いてレンズ３を配設することにより、集光点６の形成される位置、即ちレンズ３ごとの集光距離を簡便に特定値に設定することができる。更に具体的には、レンズの集光可能な配設位置において、発光点からレンズの配設位置までの距離をより短くすれば集光距離を長く、より長くすれば集光距離を短く設定することができる。
【００４０】また、本発明においては、レンズとして、その曲率半径をレンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように設定したものを用いることが好ましい。即ち、各々異なる曲率半径を有するレンズを貫通孔に配設することによっても、集光距離を簡便に特定値に設定することができる。更に具体的には、より曲率半径の大きいレンズが配設すると集光距離を長く、より曲率半径の小さいレンズを配設すると集光距離を短く設定することができる。
【００４１】同様に、本発明においては、レンズとして、その屈折率をレンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように設定したものを用いることも好ましい。即ち、各々異なる屈折率を有するレンズを貫通孔に配設することによっても、集光距離を簡便に特定値に設定することができる。更に具体的には、より屈折率の小さい材質からなるレンズが配設すると集光距離を長く、より屈折率の大きい材質からなるレンズを配設すると集光距離を短く設定することができる。
【００４２】次に、本発明の第四の実施形態について説明する。本発明の第四の実施形態は、二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えたレンズアレイの製造方法であり、貫通孔に上下方向からそれぞれ挿入可能な、それぞれの先端にレンズ成形面が形成された櫛歯状の押圧部を有する上金型及び下金型を備えたレンズ成形金型を用いて、レンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように、レンズ成形金型の押圧部を、貫通孔に上下方向からそれぞれ挿入して、レンズ成形面でレンズ材料を押圧、成形することによって、レンズのそれぞれを貫通孔の内部に配設することを特徴とするものである。以下、その詳細について説明する。
【００４３】本実施形態においては、まず、図７に示すような複数の貫通孔１が並設された本体基材２、押圧部２１を有するとともに全体として櫛歯状に構成された上金型２２と下金型２３よりなるレンズ成形金型２４、及び所定のレンズ材料を用意する。成形金型２４の押圧部２１のそれぞれの先端には、レンズ成形面２０が形成されており、上金型２２と下金型２３との当接箇所においてレンズが成形されるように構成されている。なお、レンズ成形金型２４は、例えばステンレス系合金等の母材を放電加工、ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）加工機による加工方法等により所定の形状に加工すればよい。また、レンズ成形金型２４としては、その押圧部２１が一次元方向に配列された線形状のものに限定されず、二次元方向に配列された平面形状のものを用いることもできる。なお、本体基材２については、前述の本発明の第三の実施形態と同様のものを用いることができる。
【００４４】レンズ成形金型２４の押圧部２１を、貫通孔１に上下方向からそれぞれ挿入して、レンズ成形面２０でレンズ材料を押圧、成形（即ち、圧縮成形）することによって、レンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように、それぞれを貫通孔１の内部に配設する。レンズ材料としては、樹脂を用いることができ、具体的にはＰＭＭＡ樹脂（アクリル樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、オレフィンマレイド系樹脂、その他の透明樹脂等を用いることができ、これらの塊状又は溶融状のものを本体基材２の貫通孔１に注入又は挿入し、圧縮成形すればよい。なお、空気の巻き込み等によるレンズへの気泡の混入等を抑止する観点からは、圧縮成形は適度な減圧条件下で行うことが好ましい。また、二次元レンズアレイを製造する場合には、その押圧部が二次元に配列された平面形状のレンズ成形金型を用いればよい。
【００４５】次に、集光距離が各々特定値となるように貫通孔の内部にレンズを配設する、更に具体的な実施形態について説明する。本発明においては、レンズ成形金型の押圧部として、その挿入長さを貫通孔の一方の開口端部からレンズの配設位置までの距離がレンズごとに特定値となるように設定したものを用いることが好ましい。即ち、押圧部の長さを任意の値に調整したレンズ成形金型治具を用いてレンズを配設することにより、集光点の形成される位置、即ちレンズごとの集光距離を簡便に特定値に設定することができる。更に具体的には、レンズの集光可能な配設位置において、発光点からレンズの配設位置までの距離をより短くすれば集光距離を長く、より長くすれば集光距離を短く設定することができる。
【００４６】また、本発明においては、レンズ成形金型として、そのレンズ成形面の曲率半径をレンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように設定したものを用いることが好ましい。即ち、各々異なる曲率半径を有するレンズを貫通孔に配設することによっても、集光距離を簡便に特定値に設定することができる。更に具体的には、より曲率半径の大きいレンズを配設すると集光距離を長く、より曲率半径の小さいレンズを配設すると集光距離を短く設定することができる。
【００４７】同様に、本発明においては、レンズ材料として、その屈折率を前記レンズの集光距離が前記レンズごとに特定値となるように設定したものを用いることも好ましい。即ち、各々異なる屈折率を有するレンズを貫通孔に配設することによっても、集光距離を簡便に特定値に設定することができる。更に具体的には、より屈折率の小さい材質からなるレンズが配設すると集光距離を長く、より屈折率の大きい材質からなるレンズを配設すると集光距離を短く設定することができる。
【００４８】次に、本発明の第五の実施形態について説明する。本発明の第五の実施形態は、二つの端面間に複数の貫通孔が並設された本体基材と、貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えたレンズアレイの製造方法であり、レンズ及び貫通孔が並設された本体基材の外形形状に対応した形状の成形面が形成された成形金型を用いて、レンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように、所定の成形材料を一体的に成形することによって、レンズのそれぞれが貫通孔の内部に配設された構造を形成すること特徴とするものである。以下、その詳細について説明する。
【００４９】本実施形態においては、まず、所望とする形状、即ちレンズ及び貫通孔が並設された本体基材の外形形状に対応した形状の成形面が形成された成形金型を用意する。成形金型は、例えばステンレス系合金等の母材を放電加工、ＮＣ加工機による加工方法等により所定の形状に加工すればよい。次いで、所定の成形材料を使用し、レンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように、レンズのそれぞれを貫通孔の内部に一体的に成形する。成形方法としては射出成形、圧縮成形、又は流し込み成形等の一般的な樹脂成形方法を採用すればよい。また、成形材料としては、前述の本発明の第四の実施形態におけるレンズ材料と同様の樹脂を用いることができる。
【００５０】次に、集光距離が各々特定値となるように貫通孔の内部にレンズを配設する、更に具体的な実施形態について説明する。本発明においては、成形金型として、貫通孔の一方の開口端部から、レンズの配設位置までの距離がレンズごとに特定値となるように設定したものを用いることが好ましく、レンズごとの集光距離を簡便に特定値に設定することができる。更に具体的には、レンズの集光可能な配設位置において、発光点からレンズの配設位置までの距離をより短くすれば集光距離を長く、より長くすれば集光距離を短く設定することができる。
【００５１】また、本発明においては、成形金型として、レンズを成形する面の曲率半径をレンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように設定したものを用いることが好ましく、即ち、各々異なる曲率半径を有するレンズを貫通孔に配設することによっても、集光距離を簡便に特定値に設定することができる。更に具体的には、より曲率半径の大きいレンズを配設すると集光距離を長く、より曲率半径の小さいレンズを配設すると集光距離を短く設定することができる。
【００５２】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５３】
（実施例１）
酸化アルミニウム製の本体基材前駆体（熱膨張係数：約６ｐｐｍ／Ｋ、２０×２０×０．８ｍｍ）を用意し、ドリル加工により、４行×４列、計１６個の貫通孔（０．２１ｍｍφ、０．２５ｍｍピッチ間隔）を穿設して、本体基材を作製した。
【００５４】表面に反射防止のためのＡＲコート（ＳｉＯ２）を施した、直径０．２ｍｍ（曲率半径０．１ｍｍ）、屈折率ｎ＝１．５２のガラスレンズ３ａを用意し、本体基材２の貫通孔１の内面に熱硬化型エポキシ樹脂接着剤を少量付け、挿入治具を用いてこのレンズ３ａを貫通孔１内に配設して、レンズアレイ５０を作製した（図１）。なお、レンズ配設位置の調整は、挿入治具の挿入長さを変えることにより行い、発光点からレンズの配設位置までの距離を、一列目については０．１５６ｍｍ、二列目については０．１５９ｍｍ、三列目については０．１６３ｍｍ、四列目については０．１７１ｍｍとした。
【００５５】
（実施例２）
ステンレス系合金製の材料を用意し、これについて放電加工により所定の加工をした後、Ｎｉめっきを施して、図７に示すような形状の、上金型２２及び下金型２３よりなる成形金型２４を作製した。なお、レンズ成形面２０は、すべて同一の曲率を有する樹脂レンズ（曲率半径０．１ｍｍφ、４行×４列、計１６個、０．２５ｍｍピッチ間隔）を形成するよう構成し、レンズ配設位置の調整は、成形金型２４の押圧部２１の挿入長さを変えることにより行った。具体的には、発光点からレンズの配設位置までの距離を、一列目については０．１６２ｍｍ、二列目については０．１６５ｍｍ、三列目については０．１７０ｍｍ、四列目については０．１７８ｍｍとした。
【００５６】前述の実施例１において作製したものと同様の本体基材を用意し、この貫通孔に成形金型の押圧部を挿入して、成形金型の間に本体基材を設置した。レンズ材料として、ＰＭＭＡ樹脂（アクリル樹脂：透過率＝９２％、屈折率ｎ＝１．４９、比重＝１．１９）の塊状物を本体基材２の貫通孔１内に挿入し、上金型と下金型とを、圧力８００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２、材料温度１８０℃、金型温度１５０℃で圧縮成形することにより、樹脂レンズ３ｂを貫通孔１内に配設して、レンズアレイ（一体型）５１を作製した（図２）。
【００５７】
（実施例３）
ステンレス系合金製の材料を用意し、これについて放電加工により所定の加工をした後、Ｎｉめっきを施して、射出成形用金型を作製した。なお、レンズ成形面は、すべて同一の曲率を有するレンズ（曲率半径０．１ｍｍφ、４行×４列、計１６個、０．２５ｍｍピッチ間隔）を形成するよう構成し、発光点からレンズの配設位置までの距離を、一列目については０．１６２ｍｍ、二列目については０．１６５ｍｍ、三列目については０．１７０ｍｍ、四列目については０．１７８ｍｍとした。作製した射出成形用金型を射出成形機に設置し、ＰＭＭＡ樹脂（アクリル樹脂、透過率＝９２％、屈折率ｎ＝１．４９、比重＝１．１９）を使用して、圧力６００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２、材料温度２００〜２５０℃、金型温度６０〜８０℃の条件で射出成形することにより樹脂レンズ３ｂ及び本体基材２からなるレンズアレイ（一体型）５１を作製した（図４）。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレンズアレイは、所定の貫通孔が並設された本体基材と、この貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備え、レンズの集光距離がレンズごとに特定値に設定されてなるものであるため、主として多層光導波路と光電変換デバイス等のデバイスを取り付けるに際して好適な特性を有するものである。また、本体基材及びレンズを構成する材料を選択して組み合わせることにより、周囲の温度変化によっても光軸がずれないといった効果を奏する。
【００５９】更に、本発明のレンズアレイは、所定の貫通孔が並設された本体基材と、この貫通孔の内部にそれぞれ配設されたレンズとを備えるとともに、本体基材と前記レンズが、樹脂により一体成形されてなる構成を有し、レンズの集光距離がレンズごとに特定値に設定されてなるものであるため、主として多層光導波路と光電変換デバイス等のデバイスを取り付けるに際して好適な特性を有するものである。
【００６０】また、本発明のレンズアレイの製造方法によれば、所定の挿入部を有する挿入治具を用いて、レンズのそれぞれを貫通孔の内部に配設するため、レンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように任意に制御することが容易であり、合理的かつ簡便にレンズアレイを製造することができる。
【００６１】更に、本発明によれば、所定の押圧部を有する上金型及び下金型を備えたレンズ成形金型を用いて、レンズのそれぞれを貫通孔の内部に配設するため、レンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように任意に制御することが容易であり、合理的かつ簡便にレンズアレイを製造することができる。
【００６２】また、本発明によれば、所定の成形面が形成された成形金型を用いて、所定の成形材料を一体的に成形することによって、レンズのそれぞれを貫通孔の内部に配設するため、レンズの集光距離がレンズごとに特定値となるように任意に制御することが容易であり、合理的かつ簡便にレンズアレイを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレンズアレイの一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明のレンズアレイの他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明のレンズアレイの他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明のレンズアレイの他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明のレンズアレイの他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明のレンズアレイの製造方法の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明のレンズアレイの製造方法の他の実施形態を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明のレンズアレイの光電変換モジュールへの実装例を示す模式図である。
【図９】光電変換モジュールを構成する主要な材料の熱膨張係数（ｐｐｍ／Ｋ）をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
１…貫通孔、２…本体基材、３…レンズ、３ａ…ガラスレンズ、３ｂ…樹脂レンズ、４…発光点、５…光（光信号）、６…集光点、１０…挿入部、１１…挿入治具、１２…接着剤、２０…レンズ成形面、２１…押圧部、２２…上金型、２３…下金型、２４…レンズ成形金型、３１…第一レンズ、３２…第二レンズ、４０…光導波路、４１…多層光導波路、５０…レンズアレイ、５１…レンズアレイ（一体型）、６０…発光素子、６１…受光素子、６２…ＬＳＩ、６３…プリント基板。
【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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