(57)【要約】【課題】接合強度の向上、接着剤量の低減及び耐環境性能向上を図る。【解決手段】下面基板２の表面に互いに平行なＶ溝４が等しいピッチで配列されて形成されており、Ｖ溝４間の山部８はその頂部が平坦面となっている。カバー部材１４には下面基板２のＶ溝４に対応した凹部５が形成されており、凹部５に隣接して凸部６が形成されている。凸部６の頂部は下面基板２のＶ溝４間にある山部８の平坦面と平行な平坦面となっている。光ファイバ１２はＶ溝４と凹部５により支持され、隙間の領域に充填された接着樹脂により固定されている。▲１▼部と▲２▼部の樹脂体積比は２．５倍以下になるように設定されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に複数の光学素子が配列され、それらの光学素子上にカバー部材が配置され、前記基板及び光学素子表面と前記カバー部材との間の領域に接着樹脂が充填されて前記光学素子が固定されている光学装置において、
前記領域は、前記光学素子表面の曲面を含む領域の体積と、その領域に隣接して前記光学素子表面の曲面を含まない領域の体積との比率が、１：２．５〜２．５：１の範囲内になるように設定されていることを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記カバー部材の前記基板側の面には光学素子表面の曲面を収容する凹部を構成するように凹凸が設けられており、前記光学素子表面の曲面を含む領域はその凹部を含む領域であり、前記光学素子表面の曲面を含まない領域はその凹部を含まない領域である請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記カバー部材の前記基板側の面は凹凸のない平坦面であり、この光学装置は光ファイバアレイであり、基板表面に平面部を介して互いに平行に設けられた断面Ｖ字形状の複数のＶ溝にそのＶ溝の幅よりも小さい直径をもつ光ファイバが１本ずつ配置され、前記基板及び光ファイバ上に前記カバー部材が前記接着樹脂により接合されたものであり、前記光学素子表面の曲面を含む領域は前記Ｖ溝を含む領域であり、前記光学素子表面の曲面を含まない領域はそのＶ溝を含まない領域である請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記カバー部材の前記基板側の面は凹凸のない平坦面であり、この光学装置は光ファイバアレイであり、基板表面に平面部を介して互いに平行に設けられた断面Ｖ字形状の複数のＶ溝にそのＶ溝の幅以上の大きさの直径をもつ光ファイバが１本ずつ配置され、前記基板及び光ファイバ上に前記カバー部材が前記接着樹脂により接合されたものであり、前記光学素子表面の曲面を含む領域は光ファイバを含む領域であり、前記光学素子表面の曲面を含まない領域は光ファイバを含まない領域である請求項１に記載の光学装置。
【請求項５】
前記カバー部材の前記基板側の面は凹凸のない平坦面であり、この光学装置はマイクロレンズアレイであり、複数のマイクロレンズが互いに平面部を介して前記基板の一平面内に配置されており、前記平面部及びマイクロレンズ上に前記カバー部材が前記接着樹脂により接合されたものであり、前記光学素子表面の曲面を含む領域はマイクロレンズを含む領域であり、前記光学素子表面の曲面を含まない領域はマイクロレンズを含まない領域である請求項１に記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板に複数の光学素子が配列され、それらの光学素子上にカバー部材が配置され、基板及び光学素子表面とカバー部材との間の領域に接着樹脂が充填されて光学素子が固定されている光学装置に関するものである。
そのような光学装置は光通信用アレイ型多心光コネクタなどの光ファイバアレイや、マイクロレンズを平面上に多数配置したマイクロレンズアレイなどである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバアレイやマイクロレンズアレイの技術分野において、微小光学素子を、樹脂系接着剤を介してカバー材料と接合する方法や、そのような方法により製造した光学装置製品が提案されている。
【０００３】
マイクロレンズアレイの一例としては、液晶プロジェクタで用いる液晶デバイス用のカバー部材として、多数のマイクロレンズがアレイ状に配列された屈折面アレイ基板をそのマイクロレンズ側で樹脂系接着剤を用いて平面基板と一体化したものが用いられている（特許文献１参照。）。
【０００４】
光ファイバアレイの一例としては、図４に示されるように、複数の光ファイバ３０を整列して固定するために、断面Ｖ字形状の複数のＶ溝３２が形成されたＶ溝基板３４と、そのＶ溝３２に載置された光ファイバ３０と、光ファイバ３０上に設けられた光ファイバ押さえ部材（カバー部材）３６とを一体的に固着するために、光ファイバ押さえ部材３６の下面に所定の空間領域Ｙを設け、その領域Ｙに樹脂系接着剤３８を充填することが提案されている（特許文献２，３参照。）。
そして、光ファイバアレイの耐環境性能を得るためには、ある程度（量）以上の接着樹脂厚が必要であるとされている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−９５１９７号公報
【特許文献２】
特許第３３０５０２７号公報
【特許文献３】
特２００１−３４３５４７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
基幹線系光通信用光ファイバアレイ（幹線系光ファイバアレイ）は使用環境が厳しく、砂漠から極寒の地まで幅広い環境での仕様を満足する必要がある。そのような環境下においては接着樹脂の体積変化は避けられず、剥れ等の問題が発生していた。
【０００７】
更に、光ファイバアレイの製造工程において接着剤の加熱硬化を必要とする場合には、短時間内での温度勾配が大きくなる為、樹脂の体積変化の影響は甚大で、歩留まり低下、コスト上昇の要因となっていた。
【０００８】
そこで、従来から光ファイバアレイの接着強度向上と、その後の耐環境性能向上のための試みは行なわれてきた。しかし、それらは樹脂厚をある一定以上存在させることで使用環境における応力を吸収するといった方法であった。そのため、固定用Ｖ溝下部に工夫をして使用樹脂量を削減することは可能であったが、Ｖ溝とカバーの間の樹脂量を一定以上削減することが困難である。また、光ファイバアレイ製作時の接着剤コストが問題となり、また更なる耐環境性能の向上が求められている。
【０００９】
従来の光ファイバアレイの問題を列挙すると、次のとおりである。
（ａ）接着樹脂の使用量が多いため、過酷な温度条件下で使用すると接着樹脂自体の特性や物性が不安定となる。コスト的にも不利。
（ｂ）接着樹脂の体積変化は避けられないので、過酷な温度条件下においての光ファイバコア中心精度の保持が困難。
（ｃ）接着樹脂量が多いほど、光ファイバアレイ製作後の端面研磨が困難。
（ｄ）接着樹脂量が多いほど、接着時の樹脂への泡の混入確率が高くなる。
（ｅ）接着樹脂量が多いほど、樹脂硬化時の樹脂収縮量が大きく、本来なら存在すべき領域に接着剤の存在しない状態、いわゆる「接着剤切れ」（「バル切れ」ともいう）が発生しやすい。
【００１０】
マイクロレンズアレイや幹線系以外の光ファイバアレイなどの光学装置においては、幹線系光ファイバアレイほど厳しい仕様が要求されるわけではないが、程度の差こそあれ、いずれも同様の問題を抱えている。
【００１１】
そして、今までのところ、接合強度の向上、接着剤量の低減及び耐環境性能向上を図ることのできる光学装置の構造についての提案はなされていない。
【００１２】
そこで、本発明は、マイクロレンズアレイや光ファイバアレイなどの光学装置において、接合強度の向上、接着剤量の低減及び耐環境性能向上を図ることを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光学装置の各部分間で接着樹脂の体積変化の差を抑えることにより、接着樹脂厚を薄くしても所望の接着強度及び耐環境性能が得られるようにしたものである。
【００１４】
すなわち、本発明は、基板に、曲面（球面及び非球面を含む）をもつ複数の光学素子が配列され、それらの光学素子上にカバー部材が配置され、基板及び光学素子表面とカバー部材との間の領域に接着樹脂が充填されて光学素子が固定されている光学装置において、前記領域は、光学素子表面の曲面を含む領域の体積と、その領域に隣接して光学素子表面の曲面を含まない領域の体積との比率が、１：２．５〜２．５：１の範囲内になるように設定されていることを特徴とする光学装置である。
ここで、光学素子としては、その表面の曲面が基板から突出しているものだけでなく、基板面から凹状に窪んだものも含んでいる。
【００１５】
接着面の対環境性能が十分に得られない場合の原因として次のものを挙げることができる。
▲１▼温度変化における樹脂の体積変化によって生じる縦方向の塑性変形量が光学素子内部で部分的不均一となる。この塑性変形量の差異で生じる（膨張）量が剥離力として働く。この剥離力が樹脂接着力を超えている。
▲２▼樹脂の体積変化においては高湿度の条件下では吸湿による膨張もパラメータとして影響を及ぼす。
【００１６】
この２点の影響が大きい。もし樹脂体積変化が生じても、接着面のあらゆる部分の変化量が均一であればひずみは発生せず、剥れ等は発生しない。
【００１７】
そこで本発明では、接着面において形状が大きく変化する「曲面を含む部分」と「平面で囲まれた部分」に分類し、両部分の体積比を２．５倍以下、望ましくは等倍に抑える。理想値は「曲面を含む部分」と「平面で囲まれた部分」の体積が同一であることである。
【００１８】
本発明者は、この原理を実用化するために、実験を繰り返し、先に述べた部分の体積比が２．５倍以下という条件を導き出した。
【００１９】
本発明が適用される光学装置の第１の例は光ファイバアレイである。光ファイバアレイでは、基板表面に平面部を介して互いに平行に設けられた断面Ｖ字形状の複数のＶ溝に光ファイバが１本ずつ配置され、基板及び光ファイバ上にカバー部材が接着樹脂により接合されている。
【００２０】
本発明が適用される光学装置の第２の例はマイクロレンズアレイである。マイクロレンズアレイでは、複数のマイクロレンズが互いに平面部を介して一平面内に配置されており、平面部及びマイクロレンズ上にカバー部材が接着樹脂により接合されている。
【００２１】
カバー部材の基板側の面には光学素子表面の曲面を収容する凹部を構成するように凹凸が設けられている場合、「光学素子表面の曲面を含む領域」はその凹部を含む領域（図２，３，６における▲１▼）であり、「光学素子表面の曲面を含まない領域」はその凹部を含まない領域（図２，３，６における▲２▼）である。
【００２２】
カバー部材の基板側の面が凹凸のない平坦面であって、この光学装置が光ファイバアレイである場合は、領域は次のように定義される。
Ｖ溝にその溝の幅よりも小さい直径をもつ光ファイバが配置されているときは、「光学素子表面の曲面を含む領域」はＶ溝を含む領域（図４における▲１▼）であり、「光学素子表面の曲面を含まない領域」はＶ溝を含まない領域（図４における▲２▼）である。
【００２３】
Ｖ溝にその溝の幅以上の大きさの直径をもつ光ファイバが配置されているときは、「光学素子表面の曲面を含む領域」は光ファイバを含む領域（図５における▲１▼）であり、「光学素子表面の曲面を含まない領域」は光ファイバを含まない領域（図５における▲２▼）である。
【００２４】
カバー部材の基板側の面が凹凸のない平坦面であって、この光学装置がマイクロレンズアレイである場合は、「光学素子表面の曲面を含む領域」はマイクロレンズを含む領域（図７における▲１▼）であり、「光学素子表面の曲面を含まない領域」はマイクロレンズを含まない領域（図７における▲２▼）である。
【００２５】
光ファイバアレイにおいては、本発明により、一番端のＶ溝より外側において、Ｖ溝基板平面とカバー部材の接合面とのギャップを数μｍレベルに抑えることが可能である。これは樹脂接着材の使用量低減と耐吸湿性能の向上である。
【００２６】
本発明が適用される光学装置は、光ファイバアレイとマイクロレンズアレイに限らず、基板に複数の光学素子が配列され、それらの光学素子上にカバー部材が配置され、基板及び光学素子表面とカバー部材との間の領域に接着樹脂が充填されて光学素子が固定されている構造をもつ光学装置であれば同様に適用することができ、接着樹脂厚を薄くしても所望の接着強度及び耐環境性能を得ることができる。
【００２７】
【作用】
光ファイバアレイに求められる過酷な温度条件下での接着強度及び耐環境性能を維持しながら使用樹脂量の削減が可能となる。例えば、図４に示した光ファイバアレイで、単にギャップ幅の調整だけで所望の耐環境性能を得ようとすると、ある程度の樹脂厚を設けて体積変化の応力を吸収する必要があるが、本発明よれば各部分で樹脂の体積変化の差が抑えられているので、樹脂厚が非常に薄い場合でも所望の接着強度及び耐環境性能が得られる。このことは、光ファイバアレイに限らず、マイクロレンズアレイその他の光学装置においても同様である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は実施例の光ファイバアレイを適用した光通信用アレイ型多心光コネクタを示している。
石英ガラス製の下面基板２と石英ガラス製のカバー部材１４により保持部材が構成されている。下面基板２は上面に光ファイバ１２を１本ずつ配置する断面Ｖ字形状溝４を互いに平行に備えている。カバー部材１４は下面基板２の上面を覆うように配置され、カバー部材１４にも下面基板２の溝４に組み合わされて光ファイバ１２を１本ずつ収容する凹部５が形成されている。光ファイバ１２は下面基板２とカバー部材１４の間に接着樹脂により固定されている。光ファイバ１２は下面基板２とカバー部材１４に保持されている部分を除いて被覆されている。
【００２９】
光ファイバ１２が保持部材に支持された部分、すなわち実施例の光ファイバアレイの第１の実施例を図２と図３に示す。
【００３０】
図２，３において、下面基板２には石英ガラス基板の表面に互いに平行なＶ溝４が等しいピッチで配列されて形成されており、Ｖ溝４は紙面垂直方向に帯状に延び、谷部７は底部が平坦面となっている。Ｖ溝４間の山部８はその頂部が平坦面となっている。
【００３１】
カバー部材１４には下面基板２のＶ溝４に対応した凹部５が形成されている。凹部５はＶ溝４に対向し、Ｖ溝４と同じく紙面垂直方向に延びている。カバー部材１４の接合面（下面基板２に対向する面）には、凹部５に隣接して凸部６が形成されている。凸部６の頂部は下面基板２のＶ溝４間にある山部８の平坦面と平行な平坦面となっている。
【００３２】
光ファイバ１２はＶ溝４と凹部５により支持され、隙間の領域に接着樹脂３が充填され、その樹脂が硬化して光ファイバ１２が固定されている。
【００３３】
この実施例では、光ファイバ１２（光学素子）表面の曲面を含む領域は凹部５を含む領域であり、▲１▼として示された領域である。光ファイバ１２表面の曲面を含まない領域は、カバー部材１４の凸部６の平坦面と下面基板２の山部８の平坦面とに挟まれた領域であり、▲２▼として示された領域である。
【００３４】
図２と図３の実施例は基本的には同じものであるが、図２のものに比べて図３ではＶ溝４の谷部７が浅くなり、光ファイバ１２の下方の空間体積がより小さくなって接着樹脂３の使用量をより削減できるようになっている。また、カバー部材１４の凸部６の高さがより高くなって、カバー部材１４の凸部６の平坦面と下面基板２の山部８の平坦面とに挟まれた領域▲２▼の体積が小さくなっている。
【００３５】
本発明は図４，５構造の光ファイバアレイにも適用することができる。いずれも従来の光ファイバアレイと同様に、カバー部材３６の基板３４側の面は凹凸のない平坦面となっている。
【００３６】
図４はＶ溝３２にそのＶ溝３２の幅よりも小さい直径をもつ光ファイバ３０が１本ずつ配置されたものある。この場合、光学素子表面の曲面を含む領域▲１▼はＶ溝３２を含む領域であり、光学素子表面の曲面を含まない領域▲２▼はそのＶ溝３２を含まない領域である。
【００３７】
図５はＶ溝３２にそのＶ溝３２の幅以上の大きさの直径をもつ光ファイバ３０が１本ずつ配置されたものである。この場合、光学素子表面の曲面を含む領域▲１▼は光ファイバ３０を含む領域であり、光学素子表面の曲面を含まない領域▲２▼は光ファイバ３０を含まない領域である。
【００３８】
図４，５の実施例の構造の場合、一般的なＳｉ製Ｖ溝（溝開口角度１０９．４°）では基板３４とカバー部材３６との距離Ｙは４０〜５０μｍに設定されることが多く、それよりもあまり小さくすると所望の耐環境性能を得ることは難しいとされてきた。本発明では、図中▲１▼部と▲２▼部の樹脂体積比が２．５倍以下になる条件を維持すれば、その距離Ｙを十数μｍ程度まで抑えることが可能となる。
【００３９】
下面基板２やカバー部材１４の材料としては、石英ガラスに限らず、各種ガラス、シリコン、金属、半導体材料などを用いることができる。
【００４０】
以下に、図３の実施例について、領域▲１▼と▲２▼の体積比を変化させた場合の作用効果を示す。
光ファイバ固定用Ｖ溝４は８チャンネルのフルピッチタイプである。ここで、フルピッチとは光ファイバの直径に等しい間隔をもって光ファイバを配列したものを指し、この場合直径１２５μｍの光ファイバ１２が２５０μｍ周期で並ぶようにＶ溝４が２５０μｍピッチで形成されている。Ｖ溝４は浅い谷部７が形成されているためにＵ型形状であり、斜面角度４５°、深さ４０μｍである。カバー部材１４の凹部５の幅Ｌは１３０μｍ又は１５０μｍ、カバー部材１４の凸部６の平坦面と下面基板２の山部８の平坦面との距離Ｙ’を２〜９０μｍの範囲で変化させたサンプルを作成した。
【００４１】
測定は、その距離Ｙ’を異ならせたそれぞれのサンプルについてプレッシャー・クッカーテストを行なった。プレッシャー・クッカーテスト（ＰＣＴ）は（１）１０５℃×１００％ＲＨ×２．５時間と（２）１２１℃×１００％ＲＨ×２．５時間の２種類の条件で行なった。
その結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2004280000.tif 000003
【００４３】
×：剥れが発生した。
○：剥れが発生しなかった。
この結果によれば、▲１▼：▲２▼の堆積比が４以上で剥れが発生し、２．３では剥れは発生しなかった。
【００４４】
図６は本発明をマイクロレンズアレイに適用した実施例を示したものである。
レンズチップ２２には、複数のマイクロレンズ２０が互いに平面部２１を介して一平面内に配置されており、レンズチップ２２の平面部２１及びマイクロレンズ２０上にカバー部材であるカバーガラス２４が配置されている。レンズチップ２２とカバーガラス２４の間の空間領域には接着樹脂３が充填され、その接着樹脂が硬化することによりレンズチップ２２とカバーガラス２４の間が接合され固定されている。
【００４５】
カバーガラス２４にはマイクロレンズ２０を収容するの凹部２６が形成され、凹部２６に隣接して凸部２８が形成されている。凸部２８の頂部はマイクロレンズ２０間の平面部２１と平行な平坦面となっている。凹部２６は平面形状が正方形であるが、円形であってもよい。
【００４６】
図７は本発明をマイクロレンズアレイに適用した他の実施例を示したものであり、図６の実施例と比較してカバー部材であるカバーガラス２４ａにはマイクロレンズ２０側に凹凸が形成されておらず、平坦面となっている点で異なっている。
この実施例では、光学素子表面の曲面を含む領域▲１▼はマイクロレンズ２０を含む領域であり、光学素子表面の曲面を含まない領域▲２▼はマイクロレンズ２０を含まない領域である。
【００４７】
図６，７の実施例においても、接合面に曲面が存在する部分▲１▼と平面で囲まれた部分▲２▼の樹脂体積比を２．５倍以下に抑えてカバーガラス２４，２４ａとレンズチップ２２の間の隙間を小さくするとともに、接合強度及び耐環境性能を向上させることが可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、基板に複数の光学素子が配列され、それらの光学素子上にカバー部材が配置され、基板及び光学素子表面とカバー部材との間の領域に接着樹脂が充填されて光学素子が固定されている光学装置において、光学素子表面の曲面を含む領域の体積と、その領域に隣接して光学素子表面の曲面を含まない領域の体積との比率が、１：２．５〜２．５：１の範囲内になるように設定したので、光学装置の各部分間で接着樹脂の体積変化の差を抑えることができ、接着樹脂厚を薄くしても所望の接着強度及び耐環境性能が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の光ファイバアレイを適用した光通信用アレイ型多心光コネクタを示す斜視図である。
【図２】一実施例の光ファイバアレイを示す断面図である。
【図３】他の実施例の光ファイバアレイを示す断面図である。
【図４】さらに他の実施例の光ファイバアレイであるとともに、従来の構造をも示す断面図である。
【図５】さらに他の実施例の光ファイバアレイを示す断面図である。
【図６】一実施例のマイクロレンズアレイを示す断面図である。
【図７】他の実施例のマイクロレンズアレイを示す断面図である。
【符号の説明】
２，３４      下面基板
３，３８      接着樹脂
４，３２      Ｖ溝
５，２６      凹部
１２，３０      光ファイバ
１４，３６      カバー部材
２０      マイクロレンズ
２２      レンズチップ
２４，２４ａ      カバーガラス
【図１】
2004280000.tif 000004
【図２】
2004280000.tif 000005
【図３】
2004280000.tif 000006
【図４】
2004280000.tif 000007
【図５】
2004280000.tif 000008
【図６】
2004280000.tif 000009
【図７】
2004280000.tif 000010