(57)【要約】【課題】コストを抑制でき、光の利用効率を高められる光結合装置を提供する。【解決手段】配列された複数の光出射部２１ａ〜２１ｄから光を出射する光出射部材２と、複数の光入射部を有し、光出射部に対応するように配列された光入射部材４ａ〜４ｄと、複数個の光学レンズ部１１ａ〜１１ｄがレンズ基板１０に光出射部に対応するように配列して形成された光学レンズアレイ１とを有し、上記光学レンズアレイは、光学材料よりなるレンズ基板上に、所定の光学レンズ部のパターンを有する複数個の光学レンズ部の形状に対応する複数個のマスク層を形成し、各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させ、各マスク層とレンズ基板をエッチングにより同時に除去することで、各マスク層の形状をレンズ基板に転写して複数個の光学レンズ部の形状としたものであり、光学レンズアレイにより、光出射部材の各光出射部から出射された光を対応する光入射部材の各光入射部に結合させる構成とする。【選択図】図１
2005070807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列された複数の光出射部から光を出射する光出射部材と、
複数の光入射部を有し、上記光出射部に対応するように配列された光入射部材と、
光学材料よりなるレンズ基板上に、所定の光学レンズ部のパターンを有する複数個の光学レンズ部の形状に対応する複数個のマスク層を形成し、上記各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させ、上記各マスク層と上記レンズ基板をエッチングにより同時に除去することで、上記各マスク層の形状を上記レンズ基板に転写し、複数個の光学レンズ部が上記レンズ基板に上記光出射部に対応するように配列して形成された光学レンズアレイと
を有し、
上記光学レンズアレイにより、上記光出射部材の各光出射部から出射された光を対応する上記光入射部材の各光入射部に結合させる
光結合装置。
【請求項２】
上記光学レンズアレイは、熱処理を行うことにより上記各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させて形成した光学レンズアレイである
請求項１に記載の光結合装置。
【請求項３】
上記光学レンズアレイは、上記マスク層の材料のガラス転移温度よりも高い温度の熱処理により上記各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させて得た光学レンズアレイである
請求項２に記載の光結合装置。
【請求項４】
上記光学レンズアレイは、上記マスク層の材料の炭化温度よりも低い温度の熱処理により上記各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させて得た光学レンズアレイである
請求項２に記載の光結合装置。
【請求項５】
上記光学レンズアレイは、上記マスク層の材料の室温よりも高い温度の熱処理により上記各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させて得た光学レンズアレイである
請求項２に記載の光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光結合装置に関し、特に光出射部材から出射された光を光学レンズにより光入射部材に結合させる光結合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の情報化社会の進展にともない、光通信の分野は急速に進展している。
光通信分野においては、高転送レート化、データの多重化などをはじめとして、高機能化のために急速な進展が実現された。
一般家庭などへの光通信の普及、すなわち、ブロードバンドネットワーク化を目的とし、光通信の分野においても低コスト化が望まれている。
【０００３】
光ファイバーには大きく分けて、信号の劣化が少なく高転送レートで長距離の信号電送を可能であり高コストのガラス製の光ファイバーと、近距離しか信号を伝送できないが低価格のプラスティック製光ファイバー（ＰＯＦ）の２つに分類することが可能である。
現時点における光ファイバーのコストが高いのは、高性能のガラス製光ファイバーのコストが高いことの要因の他に、光ファイバーの実装コストが高いことによる要因もある。
【０００４】
図１７は、従来の光ファイバーを実装するための光結合装置の構成を示す斜視図である。
光ファイバー実装基板１００に、レンズ用凹部１０１および光ファイバー用溝１０２が設けられ、それぞれの場所にボール形状のレンズ１０３および光ファイバー４が配設され、光学素子基板１０４に設けられた発光素子あるいは受光素子などの光学素子面１０５と光ファイバー４との光学的結合がなされている。
【０００５】
上記の光結合装置において、光学レンズとしてボール形状のレンズ１０３が用いられており、個々の光ファイバー４と個々の光学素子面１０５は、簡単に位置決めして配列することが可能であるが、ボール形状のレンズ１０３は、その形状がボール状であるために取り扱いが容易でないことから、その形状に対応したレンズ用凹部１０１などを予め形成した光ファイバー実装基板１００に対して配設される。
ここで用いられる凹部や溝が形成された光ファイバー実装基板は、異方性エッチングなどが可能であるシリコン基板などが用いられており、これが高コストであるため、光ファイバーの実装コストが高いことの要因の１つとなっている。
【非特許文献１】H.Tsuboi, M.Itoh, M.Tanabe, T.Hayashi and T.Uchida: Jpn. J. Appl. Phys.34(1995),2476
【非特許文献２】J.Hopwood, Plasma Source Sci. & Technol.1(1992)109. およびT.Fukasawa, A.Nakamura, H.Shindo and Y.Horiike: Jpn. J. Appl. Phys.33(1994)2139
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の光ファイバーの実装コストを抑制するために、上記のボール形状のレンズを用いない下記に説明するような光結合装置も知られているが、これらは別の問題を有することになる。
図１８は、拡散現象などにより形成された光学レンズを用いて、光ファイバーと、半導体レーザ、発光ダイオードおよび面発光型の半導体レーザなどの発光素子を光学的に結合する光結合装置の概略構成を示す模式図である。
発光素子基板２０に発光ダイオード部２２あるいは半導体レーザや面発光型の半導体レーザなどの発光部が設けられた発光素子２ａ、レンズ基板１０に拡散現象により形成された光学レンズとなる凸部１１を有する光学レンズ１ａ、および、コア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられた光ファイバー４が所定の位置に配置されている。
光学レンズ部１１により、発光素子２ａの発光ダイオード部２２から出射された光Ｌを光ファイバー４の端面である光入射部に結合させる。
【０００７】
上記で用いた光学レンズの凸部１１のように、光学レンズを拡散現象により形成する場合には、一般に屈折率上昇率がすくないので、高い開口数（ＮＡ）を有する光学レンズを得ることが困難である。
例えば、ニオブ酸リチウム基板にＴｉを拡散させた場合においては、屈折率の上昇量は４％程度であるために、ＮＡは０．１程度の光学レンズしか形成することができない。
【０００８】
従って、図１８に示すように、発光素子２ａの発光ダイオード部２２から出射された光を光ファイバーの端面の光入射部に投影するためには、発光ダイオード部２２と光学レンズとの距離を空けなくてはならないので、発光ダイオード部２２から出射した光の一部しか集光できないこととなってしまう。即ち、破線で示す全光ＬW の内の実線で示す一部の光Ｌしか利用されていない。
そして、光学レンズにより集光できなかった光が隣の光ファイバーなどに入射してしまう信号のクロストークを抑える必要があるので、その光学経路中にアパーチャーが形成されている光吸収マスクＡＭなどを形成して吸収させる必要がある。
従って、上記の低いＮＡの光学レンズを用いた場合においては、光ファイバーの光を有効に利用することができないという欠点が存在する。
【０００９】
また、図１９は、光学レンズを用いずに、光ファイバーと、半導体レーザ、発光ダイオードおよび面発光型の半導体レーザなどの発光素子を光学的に結合する光結合装置の概略構成を示す模式図である。
発光素子基板２０に、複数個の発光ダイオード部（２２ａ，２２ｂ）、あるいは半導体レーザや面発光型の半導体レーザなどの発光部が設けられた発光素子アレイ２およびコア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられた複数本の光ファイバー（４ａ，４ｂ）が所定の位置に配置されており、発光素子アレイ２の各発光ダイオード部（２２ａ，２２ｂ）から出射された光Ｌを光ファイバー（４ａ，４ｂ）の端面である光入射部に結合させる。
【００１０】
しかしながら、各発光ダイオード部（２２ａ，２２ｂ）から出射した光は広がり角を有しているので、光ファイバー（４ａ，４ｂ）端面での反射光ＬR は隣あるいはさらにその隣の光ファイバーに入射する可能性が高く、信号のクロストークの原因となってしまうとともに、光の利用効率を高くすることが容易ではない。
【００１１】
一方、光ファイバーを光の出射側に用いた場合も同様の問題が生じている。
図２０は、拡散現象などにより形成された光学レンズを用いて、光ファイバーと、フォトダイオードなどの受光素子を光学的に結合する光結合装置の概略構成を示す模式図である。
受光素子基板５０にフォトダイオード部５１などの受光部が設けられた受光素子５ａ、レンズ基板１０に拡散現象により形成された光学レンズとなる凸部１１を有する光学レンズ１ａ、および、コア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられた光ファイバー４が所定の位置に配置されている。
光学レンズとなる凸部１１により、光ファイバー４の端面である光出射部から出射された光Ｌを受光素子５ａのフォトダイオード部５１に結合させる。
【００１２】
上記のように、拡散現象により形成した光学レンズはＮＡが小さいため、図２０に示すように、光ファイバー４から出射された光を受光素子５ａのフォトダイオード部５１に投影するためには、光ファイバー４と光学レンズとの距離を空けなくてはならないので、光ファイバー４から出射した光の一部しか集光できないこととなってしまう。即ち、破線で示す全光ＬW の内の実線で示す一部の光Ｌしか利用されておらず、光学レンズにより集光できなかった光が隣の受光部などに入射してしまう信号のクロストークを抑える必要があるので、その光学経路中にアパーチャーが形成されている光吸収マスクＡＭなどを形成して吸収させる必要がある。
従って、上記と同様に、上記の低いＮＡの光学レンズを用いた場合においては、光ファイバーの光を有効に利用することができない。
【００１３】
また、図２１は、光学レンズを用いずに、光ファイバーと、フォトダイオードなどの受光素子を光学的に結合する光結合装置の概略構成を示す模式図である。
受光素子基板５０に複数個のフォトダイオード部（５１ａ，５１ｂ）などの受光部が設けられた受光素子アレイ５、およびコア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられた複数本の光ファイバー（４ａ，４ｂ）が所定の位置に配置されており、光ファイバー（４ａ，４ｂ）の端面である光出射部から出射された光Ｌを受光素子アレイ５の各フォトダイオード部（５１ａ，５１ｂ）に結合させる。
【００１４】
しかしながら、光ファイバー（４ａ，４ｂ）端面から出射した光は広がり角を有しているので、各フォトダイオード部（５１ａ，５１ｂ）での反射光ＬR は隣あるいはさらにその隣の光ファイバーや受光部に入射する可能性が高く、信号のクロストークの原因となってしまうとともに、光の利用効率を高くすることが容易ではない。
【００１５】
本発明は上述の状況に鑑みてなされたものであり、従って本発明は、コストの抑制が可能で、光の利用効率を高めることが可能である光結合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するため、本発明の光結合装置は、配列された複数の光出射部から光を出射する光出射部材と、複数の光入射部を有し、上記光出射部に対応するように配列された光入射部材と、光学材料よりなるレンズ基板上に、所定の光学レンズ部のパターンを有する複数個の光学レンズ部の形状に対応する複数個のマスク層を形成し、上記各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させ、上記各マスク層と上記レンズ基板をエッチングにより同時に除去することで、上記各マスク層の形状を上記レンズ基板に転写し、複数個の光学レンズ部が上記レンズ基板に上記光出射部に対応するように配列して形成された光学レンズアレイとを有し、上記光学レンズアレイにより、上記光出射部材の各光出射部から出射された光を対応する上記光入射部材の各光入射部に結合させる。
【００１７】
上記の本発明の光結合装置は、好適には、上記光学レンズアレイは、熱処理を行うことにより上記各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させて形成した光学レンズアレイである。
さらに好適には、上記光学レンズアレイは、上記マスク層の材料のガラス転移温度よりも高い温度の熱処理により上記各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させて得た光学レンズアレイである。
また、さらに好適には、上記光学レンズアレイは、上記マスク層の材料の炭化温度よりも低い温度の熱処理により上記各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させて得た光学レンズアレイである。
また、さらに好適には、上記光学レンズアレイは、上記マスク層の材料の室温よりも高い温度の熱処理により上記各マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させて得た光学レンズアレイである。
【００１８】
上記の本発明の光結合装置は、複数の光学レンズ部が光学材料よりなるレンズ基板に上記光出射部に対応するように配列して形成された光学レンズアレイにより、光出射部材の配列された複数の光出射部から出射された光を対応する光入射部材の複数の光入射部に結合させる。
光学レンズアレイを用いることで、光結合装置の部品数を減らしてコストの抑制が可能であり、特に、光学レンズアレイとしてレンズ基板上に、所定パターンのマスク層を形成し、熱処理により表面積が小さくなるように変形させ、マスク層とレンズ基板をエッチングにより同時に除去する方法で形成した高ＮＡの光学レンズアレイなどの光学レンズアレイを用いているので、光の利用効率を高めることが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光結合装置は、以下の効果を有する。
（１）少ない部品点数の構成により、複数の光ファイバーに信号を送信する、あるいは複数の光ファイバーからの信号を受信することができるので、コストを抑制することができ、これはブロードバンドのデータ伝送に適している。
（２）高ＮＡであり、集光効率が高く、複数個の光学レンズを配列することができる光学レンズアレイを用いているので、光の利用効率が高い。これにより、光結合装置を小型化でき、光ファイバーの本数を容易に増やすことができるるので体積あたりのデータ量を増やすことができる。
（３）作製時のフォトマスクに応じた配列の光学レンズを用いているので、実装が容易であり、また、１つのレンズ基板に光学レンズとして機能する複数個の凸部が設けられた光学レンズアレイであるので、部品点数が少なく、位置合わせなどの工程が容易となるなど、実装が容易である。また、複数の発光・受光素子を配置させる方法と同じように、露光現像工程により光学レンズを配置させることができるので、発光・受光素子と光学レンズとの配置を容易に位置合わせすることができる。
（４）光学特性のそろった光学レンズを複数作製することができる工程により光学レンズが作製されているので、光学レンズが形成されている基板と発光・受光素子が形成・配列されている基板との角度位置合わせが容易である。
（５）発光素子と光ファイバーを光結合する装置の場合に、発光素子として発光ダイオードを用いることにより、光結合装置のコストを特に抑制することができる。
（６）発光素子と受光素子とが形成されている発光受光素子基板と複数の光ファイバーとの結合が容易になされるので、光信号のバッファー機能あるいは、中継機能を容易に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る光結合装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
第１実施形態
図１は、本実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
同一の発光素子基板２０に複数個（図面上４個）のファブリペロー型の半導体レーザ（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）が設けられた発光素子アレイ２、複数個（図面上４個）の光学レンズを構成する凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）が光学材料よりなるレンズ基板１０の一方の面１０ａに各半導体レーザ部（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）に対応するように配列して形成された光学レンズアレイ１、および、コア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられ、各半導体レーザ部（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）に対応するように配列された複数本（図面上４本）の光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）が、それぞれ所定の位置に配置されている。
【００２２】
光学レンズアレイ１の各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）は光学レンズとして機能し、発光素子アレイ２の対応する各半導体レーザ部（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）から出射された各光Ｌが対応する光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）の端面である光入射部に結合される。
【００２３】
図２（ａ）は、上記の光結合装置における光学レンズアレイ１の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ’における断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）中のＢ部の拡大断面図である。
溶融石英や等方性の酸化シリコンなどの光学材料からなり、平坦な表面を有するレンズ基板１０の一方の面１０ａに、複数個の光学レンズとして機能する凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）がレンズ基板１０と一体にそれぞれ設けられ、光学レンズアレイ１を構成している。
【００２４】
上記の光学レンズアレイ１において、各光学レンズとして機能する凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）は、例えば曲率が１００μｍ程度、高さが例えば２０〜２５μｍ程度であり、各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）とレンズ基板１０の境界は略円形状であって、その直径は例えば１００μｍ程度であり、各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のピッチは例えば１２５μｍ程度である。
【００２５】
上記の光学レンズアレイ１において、図２（ｃ）に示すように、レンズ基板１０と光学レンズとなる各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の略円形状の境界に沿って溝Ｔが形成されている。
上記の光学レンズアレイ１は、上記の溝Ｔが形成されているので、各光学レンズとなる凸部の位置確認が非常に容易となっている。
平坦な表面を有するレンズ基板１０上に各光学レンズとなる凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）が設けられていることも、光結合装置などの組み立て時における位置合わせを容易にしている。
【００２６】
上記の光結合装置において用いられる光学レンズアレイの製造方法について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、溶融石英や等方性の酸化シリコンなどの光学材料からなるレンズ基板１０の平坦な表面上に、例えばスピン塗布などにより、感光性材料であるフォトレジスト膜からなるマスク層ＭＳを、例えば２０μｍなどの所定の膜厚で成膜する。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー工程により、露光および現像を行って、１か所のレンズ形成領域あたり、例えば直径が１００μｍ程度の円形状の範囲のレジスト膜を１２５μｍ程度のピッチで残すようにパターン化して、図面上４つのマスク層（ＭＳａ，ＭＳｂ，ＭＳｃ，ＭＳｄ）とする。
【００２８】
次に、図４（ｃ）に示すように、例えば１２０℃で３０分の熱処理を施し、マスク層の形状を表面積が小さくなるように変形させ、表面が曲面となっているマスク層（ＭＳａ’，ＭＳｂ’，ＭＳｃ’，ＭＳｄ’）とする。
【００２９】
次に、図４（ｄ）に示すように、例えばレンズ基板１０とマスク層（ＭＳａ’，ＭＳｂ’，ＭＳｃ’，ＭＳｄ’）に対する選択比が略同等となる条件の、例えば、ＮＬＤ(Magnetic Neutral Loop Discharge Plasma)装置（非特許文献１参照）という高密度プラズマ源を用いたプラズマエッチング処理を用いたリアクティブエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチング処理などにより、マスク層（ＭＳａ’，ＭＳｂ’，ＭＳｃ’，ＭＳｄ’）とレンズ基板１０を同時にエッチング除去して、マスク層（ＭＳａ’，ＭＳｂ’，ＭＳｃ’，ＭＳｄ’）の形状をレンズ基板１０に転写し、４個の光学レンズとなる凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）とする。
【００３０】
上記のようにして形成された４個の光学レンズとなる凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）は、曲率が１００μｍ程度、高さが例えば２０〜２５μｍ程度であり、各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）とレンズ基板１０の境界は略円形状であって、その直径は例えば１００μｍ程度とすることができる。また、各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のピッチを例えば１２５μｍ程度とすることができる。
【００３１】
また、上記の光学レンズアレイの製造方法によれば、金型が不要であり、光学レンズを一度に大量に作製することができる。
上述した図４（ｄ）の加工工程においては、高密度プラズマ源を用いたプラズマエッチング装置としてＮＬＤ装置を用いた例を示したが、本発明においては、ＮＬＤ装置のほかＩＣＰ(Inductively Coupled Plasma)装置（非特許文献２参照）を用いた高密度プラズマ源を用いたプラズマエッチング装置などを用いることも可能である。
【００３２】
上記の熱処理温度とマスク層材料（レジスト膜）のガラス転移点との関係について、以下に説明する。
上記の工程において、フォトレジスト膜などからなるマスク層の表面を、熱処理により光学的になめらかな面となる程度に丸くさせるには、熱処理温度をマスク層材料のガラス転移点よりも高くすることが好ましい。
例えば、熱処理温度をガラス転移温度よりも４０℃以上高く設定することで、１時間以内にマスク材料を丸く変形させることができるので、高効率の製造を行うことができる。
【００３３】
さらには、ドライエッチングなどの製法によりマスクの形状を光学レンズに形成しようとする場合には、上述したように熱処理後のマスク層材料が変質していないことが必要であることから、熱処理温度をマスク層材料の炭化温度よりも低くするなど、熱処理温度がマスク層材料が変質しない温度であるという条件が必要となる。変質が生じると、マスク材料のエッチングレートが不均一になってしまうので、マスク材料の形状に対応する形状を基板に転写させるときに、形状が乱れてしまうことになる。
例えば、２００℃以上の熱処理を行うとマスク材料が変質してしまう（いわゆる焼けつき）を起こしてしまうが、例えば１１０〜１５０℃の範囲の熱処理を行うことにより上記の変質を回避することができる。
【００３４】
また、マスク層が形成された状態で基板を保持している間にマスク層が変形してしまうと、プロセスの再現性が容易でなくなるので、マスク層材料のガラス転移点は、保存温度（室温）よりも高いことが好ましい。
さらに、ドライエッチング工程中にマスク層が変形してしまうとプロセスの再現性が容易でなくなるので、マスク層材料のガラス転移点は、加工プロセス温度（室温付近）よりも高いことが好ましい。
【００３５】
ここで、上記の熱処理において、図３（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、熱処理前後でのレンズ基板１０とマスク層（ＭＳａ〜ＭＳｄ，ＭＳａ’〜ＭＳｄ’）の境界Ｍの位置は変動しておらず、従って、境界Ｍの位置は感光性材料であるマスク層を露光する際に用いるフォトマスクにより規定される。
露光用フォトマスクは光学レンズのサイズに対して非常に高精細に制御されて形成されており、従って光学レンズの位置をきわめて高精度な位置に形成することができる。
【００３６】
また、上記のようにして形成される本実施形態に用いられる光学レンズアレイの光学レンズとなる凸部の高さは、マスク層材料（レジスト膜）の膜厚により規定することができ、光学レンズの曲率はマスク層材料（レジスト膜）の径や膜厚などから規定することができる。
従って、従来の配列が可能な光学レンズに比較して、集光性能が高く、ＮＡの高いレンズとすることができる。
【００３７】
また、光学レンズアレイとしては、個々の光学レンズとなる凸部の間隔（ピッチ）が設計上重要となるが、本実施形態においては、図３（ｂ）に示すマスク層（ＭＳａ〜ＭＳｄ）のパターン形成におけるマスク層の間隔（ピッチ）が、そのまま、図４（ｃ）における熱処理後の表面が曲面となったマスク層（ＭＳａ’〜ＭＳｄ’）の間隔（ピッチ）として、さらに図４（ｄ）におけるエッチング処理後に得られる光学レンズとなる凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の間隔（ピッチ）として保存される。
即ち、個々の光学レンズの間隔（ピッチ）を露光用フォトマスクにより規定することができ、光学レンズ同士の相互の位置を高精度に制御して形成することができる。
【００３８】
上記のドライエッチング処理において、レンズ基板１０と光学レンズとなる凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の境界に沿って溝Ｔが形成されることになる。
以下に、溝Ｔが形成される原理を簡単に説明する。
熱処理工程において基板とマスク層との境界が移動せず、マスク層材料はその表面積が少なくなるように変形することから、図４（ｃ）に示すように、その断面が略半円形状となる。即ち、マスク層（ＭＳａ’，ＭＳｂ’，ＭＳｃ’，ＭＳｄ’）とレンズ基板１０の接触位置においては、加工される材質が異なることに加えて、マスク層（ＭＳａ’，ＭＳｂ’，ＭＳｃ’，ＭＳｄ’）表面の傾斜角度が最大となる。
このため、ドライエッチング工程において、加工に寄与するプラズマ密度の不連続が生じ、境界Ｍ近傍におけるレンズ基板１０に対して上記の溝Ｔが形成されることになる。
上記の本実施形態により作製した光学レンズは、上記の溝Ｔが形成されているので、光学レンズの位置確認が非常に容易となっている。
【００３９】
上記の本実施形態に係る光結合装置は、レンズ基板上に光学レンズとなる凸部が配列した光学レンズアレイ用いて、発光素子から出射される光を光ファイバーと結合させることができる。これにより、ボールレンズを用いる場合において使用していた凹部および溝が形成された光ファイバー実装基板を用いる必要がなくなって部品点数を減らせることができる。高価な部品である光ファイバー実装基板自体を使用しないことと、部品数を減らすことにより、光結合装置の低コスト化が可能となる。
【００４０】
また、上述の方法により作製された光学レンズアレイは、高ＮＡの光学レンズがレンズ基板上に配列されたものとすることができる。
この場合、高ＮＡの光学レンズであり、ボールレンズのように高い集光特性にて発光素子から出射される光を光ファイバーと結合させて、光の利用効率を高めることが可能である。また、この高ＮＡの光学レンズが集積されているので、クロストークの問題を発生させることなく、狭いピッチにて配列を行うことができる。
【００４１】
また、上述の方法により作製された光学レンズアレイは、レジスト膜であるマスク層の露光現像工程がレンズ基板上における光学レンズの位置を決定する工程となり、光学レンズの配列を高精度に位置決めすることが可能である。
従って、光学レンズと発光素子の配列ピッチを一致させることが容易であり、複数の発光素子や複数の光ファイバーなどに対して、複数の光学レンズを同時に容易かつ高精度に位置合わせすることができる。
また、複数の発光素子や複数の光ファイバーなどを光学的に結合させるにもかかわらず、工程数を増加させないで組立を行うことができることとなる。
【００４２】
また、従来のボールレンズを基板上に形成された孔に配列し、光ファイバーを基板上に形成された溝に配列する方法においては、接着剤の塗布などを行うための作業空間や、ボールレンズなどをクランプするための作業空間が必要であったが、上記の本実施形態の光結合装置においては、レンズ基板上に配列された光学レンズは、レジスト膜のマスク層を用いた露光現像工程を用いて配列されているので、従来必要であった作業空間をもうける必要がなく、より狭いピッチでの配列が可能となる。
【００４３】
上記のように、本実施形態に係る光結合装置によれば、光学レンズアレイを用いることで、光結合装置の部品数を減らしてコストの抑制が可能である。
特に、光学レンズアレイとしてレンズ基板上に、所定パターンのマスク層を形成し、熱処理により表面積が小さくなるように変形させ、マスク層とレンズ基板をエッチングにより同時に除去する方法で形成した高ＮＡの光学レンズアレイを用いているので、光の利用効率を高めることが可能である。
【００４４】
第２実施形態
図５は、本実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
実質的に第１実施形態に係る光結合装置と同様であるが、光学レンズアレイの形状が異なっている。
同一の発光素子基板２０に複数個（図面上４個）のファブリペロー型の半導体レーザ（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）が設けられた発光素子アレイ２、光学材料よりなるレンズ基板１０の一方の面１０ａに形成された凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）と他方の面１０ｂに形成された凸部（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）から構成される複数個（図面上４個）の光学レンズが、各半導体レーザ部（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）に対応するように配列して形成された光学レンズアレイ１、および、コア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられ、各半導体レーザ部（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）に対応するように配列された複数本（図面上４本）の光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）が、それぞれ所定の位置に配置されている。
【００４５】
レンズ基板１０の一方の面１０ａに形成された凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）と他方の面１０ｂに形成された凸部（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）から構成される光学レンズアレイ１の各光学レンズにより、発光素子アレイ２の対応する各半導体レーザ部（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）から出射された各光Ｌが対応する光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）の端面である光入射部に結合される。
【００４６】
上記の光学レンズアレイ１は、図２に示す光学レンズアレイにおいて、レンズ基板１０の一方の面１０ａに形成された凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の他に、これに位置合わせをして他方の面１０ｂにさらなる凸部（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）が形成されている形状である。
第１実施形態に係る光結合装置に用いている光学レンズアレイの光学レンズと同様に高精度に形成されており、かつ、第１実施形態に係る光結合装置に用いている光学レンズアレイの光学レンズよりもさらに集光特性が高められて、高ＮＡとなっている。
【００４７】
本実施形態に係る光学レンズアレイは、上述した第１実施形態に係る光学レンズアレイの形成方法におけるレンズ基板の片面に光学レンズを構成する凸部を形成する工程をレンズ基板に両面に対して２回繰り返すことにより形成することができる。
【００４８】
上記の光学レンズアレイを用いると、光学レンズの焦点距離を第１実施形態に係る光学レンズアレイより近い距離とすることができる。即ち、光学レンズが形成されたレンズ基板と発光素子が形成された発光素子基板との距離、さらには光ファイバーの端面から発光素子基板までの距離を短くすることができる。これにより、光結合装置の厚さ方向を薄くすることができるという利点を有する。
【００４９】
上記のように、本実施形態に係る光結合装置によれば、光学レンズアレイを用いることで、光結合装置の部品数を減らしてコストの抑制が可能である。
特に、光学レンズアレイとしてレンズ基板上に、所定パターンのマスク層を形成し、熱処理により表面積が小さくなるように変形させ、マスク層とレンズ基板をエッチングにより同時に除去する方法で形成した高ＮＡの光学レンズアレイを用いているので、光の利用効率を高めることが可能である。
【００５０】
第３実施形態
図６は、本実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
実質的に第１実施形態に係る光結合装置と同様であるが、発光素子アレイが発光ダイオード（ＬＥＤ）を複数個配列したものであり、光学レンズアレイにアパーチャーが形成されている光吸収マスクが設けられていることが異なっている。
同一の発光素子基板２０に複数個（図面上４個）の発光ダイオード部（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）が設けられた発光素子アレイ２、複数個（図面上４個）の光学レンズを構成する凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）が光学材料よりなるレンズ基板１０の一方の面１０ａに各発光ダイオード部（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）に対応するように配列して形成された光学レンズアレイ１、および、コア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられ、各発光ダイオード部（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）に対応するように配列された複数本（図面上４本）の光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）が、それぞれ所定の位置に配置されている。
【００５１】
光学レンズアレイ１の各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）は光学レンズとして機能し、発光素子アレイ２の対応する各発光ダイオード部（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）から出射された各光Ｌが対応する光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）の端面である光入射部に結合される。
ここで、光学レンズアレイ１のレンズ基板１０には、光通過部分にアパーチャーが形成されている光吸収マスクＡＭが形成されており、このことを除いて、光学レンズアレイ１は図２に示す光学レンズアレイと同様の形状を有し、高ＮＡかつ高精度な光学レンズアレイであり、第１実施形態において説明した方法により形成可能である。
【００５２】
発光ダイオードを発光素子として用いた場合、発光素子自体がそれら発光素子を形成している発光素子基板の主面の法線方向に光が出射される特性を有していることから、フォトマスクを用いた露光現像工程を用いて形成されているので、それらの配列ピッチを一致させることが容易であり、組立工程は素子の個数が多くても工数を増加させないで組立を行うことができるという上記第１実施形態の効果に加えて、発光素子アレイが板状の部品であり、複数の光学レンズはフォトマスクを用いた露光現像工程を用いて形成されているので、光学レンズが形成されたレンズ基板と発光素子が形成されている発光素子基板との位置合わせはそれぞれの基板を平行に配置することで、ほぼ光学的な平行度をあわせることができるという効果を得ることができる。
【００５３】
また、発光ダイオードは、発光素子基板内において２次元の配列を行うことが可能であるので、上記第１の実施形態の場合に比較して、小型化、ファイバー数の増加（転送データの向上）などが容易に行えることとなる。
【００５４】
また、従来の光学レンズが複数配置された光学レンズアレイを用いた方法において、発光ダイオードを光源とする場合には、発光ダイオードは出射される光の広がり角が広かったために、集光特性がよくないことによる効率の低下、クロス
トークの増加が危惧されることからマルチ配列が困難であったが、本実施形態の光結合装置においては、光学レンズの集光特性が高い（ＮＡが高い）ために、光の利用効率を高めた上で、比較的狭いピッチでの配列を可能にすることが可能となった。
【００５５】
また、第１実施形態の光結合装置においては、発光素子としてファブリペロー型の半導体レーザを複数個配列した発光素子アレイが用いられているが、この場合と比較して、本実施形態の発光ダイオードを複数個配列した発光素子アレイを用いる場合は、発光素子アレイの作製コストが低く、また、製造時の歩留まりも高いので、一般家庭用の光結合装置に適している。
【００５６】
本実施形態の光結合装置においては、光学レンズアレイを構成するレンズ基板にアパーチャーが形成されている光吸収マスクが形成されており、部品点数の低減および実装工数の低減を達成しつつ、発光ダイオードから出射した光が光ファイバーに入射するまでの間の光路中にアパーチャーが形成されている光吸収マスクを配置することにより、近接する光ファイバーの信号のクロストークをより低減させることができる。
【００５７】
上記のように、本実施形態に係る光結合装置によれば、光学レンズアレイを用いることで、光結合装置の部品数を減らしてコストの抑制が可能である。
特に、光学レンズアレイとしてレンズ基板上に、所定パターンのマスク層を形成し、熱処理により表面積が小さくなるように変形させ、マスク層とレンズ基板をエッチングにより同時に除去する方法で形成した高ＮＡの光学レンズアレイを用いているので、光の利用効率を高めることが可能である。
【００５８】
第４実施形態
図７は、本実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
実質的に第３実施形態に係る光結合装置と同様であるが、発光素子アレイが面発光の半導体レーザを複数個配列したものであることが異なっている。
同一の発光素子基板２０に複数個（図面上４個）の面発光の半導体レーザ部（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ）が設けられた発光素子アレイ２、複数個（図面上４個）の光学レンズを構成する凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）が光学材料よりなるレンズ基板１０の一方の面１０ａに各面発光の半導体レーザ部（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ）に対応するように配列して形成された光学レンズアレイ１、および、コア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられ、各面発光の半導体レーザ部（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ）に対応するように配列された複数本（図面上４本）の光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）が、それぞれ所定の位置に配置されている。
【００５９】
光学レンズアレイ１の各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）は光学レンズとして機能し、発光素子アレイ２の対応する各面発光の半導体レーザ部（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ）から出射された各光Ｌが対応する光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）の端面である光入射部に結合される。
ここで、光学レンズアレイ１のレンズ基板１０には、第３実施形態に係る光学レンズアレイと同様に、アパーチャーが形成されている光吸収マスクＡＭが形成されている。
【００６０】
本実施形態に係る光結合装置によれば、第３実施形態の光結合装置と同様の効果を得ることが可能であり、光学レンズアレイを用いることで、光結合装置の部品数を減らしてコストの抑制が可能である。
特に、光学レンズアレイとしてレンズ基板上に、所定パターンのマスク層を形成し、熱処理により表面積が小さくなるように変形させ、マスク層とレンズ基板をエッチングにより同時に除去する方法で形成した高ＮＡの光学レンズアレイを用いているので、光の利用効率を高めることが可能である。
【００６１】
第５実施形態
図８は、本実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
実質的に第１実施形態に係る光結合装置と同様であるが、光出射側は光ファイバーとなり、光入射側がフォトダイオードを複数個配列した受光素子アレイとなっていることが異なっている。
コア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられて配列された複数本（図面上４本）の光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）、複数個（図面上４個）の光学レンズを構成する凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）が光学材料よりなるレンズ基板１０の一方の面１０ａに各光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対応するように配列して形成された光学レンズアレイ１、および、同一の受光素子基板５０に複数個（図面上４個）のフォトダイオード部（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）が各光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対応するように配列して設けられた受光素子アレイ５が、それぞれ所定の位置に配置されている。
【００６２】
光学レンズアレイ１の各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）は光学レンズとして機能し、対応する光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）から出射された各光Ｌが受光素子アレイ５の対応する各フォトダイオード部（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）である光入射部に結合され、各光ファイバーを導波してきた光量の時間的変化（信号）は、対応する各フォトダイオード部（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）により電気信号に変換される。
ここで、光学レンズアレイ１は図２に示す光学レンズアレイと同様の形状を有し、高ＮＡかつ高精度な光学レンズアレイであり、第１実施形態において説明した方法により形成可能である。
【００６３】
上記の本実施形態に係る光結合装置は、レンズ基板上に光学レンズとなる凸部が配列した光学レンズアレイ用いて、光ファイバーから出射される光を受光素子と結合させることができる。これにより、ボールレンズを用いる場合において使用していた凹部および溝が形成された光ファイバー実装基板を用いる必要がなくなって部品点数を減らせることができる。高価な部品である光ファイバー実装基板自体を使用しないことと、部品数を減らすことにより、光結合装置の低コスト化が可能となる。
【００６４】
また、本実施形態に係る光学レンズアレイは、高ＮＡの光学レンズがレンズ基板上に配列されたものとすることができる。
この場合、高ＮＡの光学レンズであり、ボールレンズのように高い集光特性にて光ファイバーから出射される光を受光素子と結合させて、光の利用効率を高めることが可能である。また、この高ＮＡの光学レンズが集積されているので、クロストークの問題を発生させることなく、狭いピッチにて配列を行うことができる。
【００６５】
また、上述の方法により作製された光学レンズアレイは、レジスト膜であるマスク層の露光現像工程がレンズ基板上における光学レンズの位置を決定する工程となり、光学レンズの配列を高精度に位置決めすることが可能である。
従って、光学レンズと受光素子の配列ピッチを一致させることが容易であり、複数の受光素子や複数の光ファイバーなどに対して、複数の光学レンズを同時に容易かつ高精度に位置合わせすることができる。
また、複数の受光素子や複数の光ファイバーなどを光学的に結合させるにもかかわらず、工程数を増加させないで組立を行うことができることとなる。
【００６６】
また、受光素子アレイが板状の部品であり、複数の光学レンズはフォトマスクを用いた露光現像工程を用いて形成されているので、光学レンズが形成されたレンズ基板と受光素子が形成されている受光素子基板との位置合わせはそれぞれの基板を平行に配置することで、ほぼ光学的な平行度をあわせることができるという効果を得ることができる。
【００６７】
また、従来のボールレンズを基板上に形成された孔に配列し、光ファイバーを基板上に形成された溝に配列する方法においては、接着剤の塗布などを行うための作業空間や、ボールレンズなどをクランプするための作業空間が必要であったが、上記の本実施形態の光結合装置においては、レンズ基板上に配列された光学レンズは、レジスト膜のマスク層を用いた露光現像工程を用いて配列されているので、従来必要であった作業空間をもうける必要がなく、より狭いピッチでの配列が可能となる。
【００６８】
上記のように、本実施形態に係る光結合装置によれば、光学レンズアレイを用いることで、光結合装置の部品数を減らしてコストの抑制が可能である。
特に、光学レンズアレイとしてレンズ基板上に、所定パターンのマスク層を形成し、熱処理により表面積が小さくなるように変形させ、マスク層とレンズ基板をエッチングにより同時に除去する方法で形成した高ＮＡの光学レンズアレイを用いているので、光の利用効率を高めることが可能である。
【００６９】
第６実施形態
図９は、本実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
実質的に第５実施形態に係る光結合装置と同様であるが、光学レンズアレイの形状が異なっている。
コア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられて配列された複数本（図面上４本）の光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）、光学材料よりなるレンズ基板１０の一方の面１０ａに形成された凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）と他方の面１０ｂに形成された凸部（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）から構成される複数個（図面上４個）の光学レンズが、各光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対応するように配列して形成された光学レンズアレイ１、および、同一の受光素子基板５０に複数個（図面上４個）のフォトダイオード部（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）が各光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対応するように配列して設けられた受光素子アレイ５が、それぞれ所定の位置に配置されている。
【００７０】
レンズ基板１０の一方の面１０ａに形成された凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）と他方の面１０ｂに形成された凸部（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）から構成される光学レンズアレイ１の各光学レンズにより、光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）から出射された各光Ｌが受光素子アレイ５の対応する各フォトダイオード部（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）である光入射部に結合される。
【００７１】
上記の光学レンズアレイ１は、第２実施形態に係る光学レンズアレイと同様の形状であって、第５実施形態に係る光学レンズアレイにおいて、レンズ基板１０の一方の面１０ａに形成された凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の他に、これに位置合わせをして他方の面１０ｂにさらなる凸部（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）が形成されている形状であり、第５実施形態に係る光学レンズアレイと同様に高精度に形成されており、かつ、第５実施形態に係る光学レンズアレイの光学レンズよりもらに集光特性が高められて、高ＮＡとなっている。
本実施形態に係る光学レンズアレイは、第２実施形態に係る光学レンズアレイと同様に、レンズ基板の片面に光学レンズを構成する凸部を形成する工程をレンズ基板に両面に対して２回繰り返すことにより形成することができる。
【００７２】
上記の光学レンズアレイを用いると、光学レンズの焦点距離を第５実施形態に係る光学レンズアレイより近い距離とすることができる。即ち、光学レンズが形成されたレンズ基板と受光素子が形成された受光素子基板との距離、さらには光ファイバーの端面から受光素子基板までの距離を短くすることができる。これにより、光結合装置の厚さ方向を薄くすることができるという利点を有する。
【００７３】
上記のように、本実施形態に係る光結合装置によれば、光学レンズアレイを用いることで、光結合装置の部品数を減らしてコストの抑制が可能である。
特に、光学レンズアレイとしてレンズ基板上に、所定パターンのマスク層を形成し、熱処理により表面積が小さくなるように変形させ、マスク層とレンズ基板をエッチングにより同時に除去する方法で形成した高ＮＡの光学レンズアレイを用いているので、光の利用効率を高めることが可能である。
【００７４】
第７実施形態
図１０は、本実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
実質的に第５実施形態に係る光結合装置と同様であるが、光学レンズアレイにアパーチャーが形成されている光吸収マスクが設けられていることが異なっている。
コア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられて配列された複数本（図面上４本）の光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）、複数個（図面上４個）の光学レンズを構成する凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）が光学材料よりなるレンズ基板１０の一方の面１０ａに各光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対応するように配列して形成された光学レンズアレイ１、および、同一の受光素子基板５０に複数個（図面上４個）のフォトダイオード部（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）が各光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対応するように配列して設けられた受光素子アレイ５が、それぞれ所定の位置に配置されている。
【００７５】
光学レンズアレイ１の各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）は光学レンズとして機能し、光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）から出射された各光Ｌが受光素子アレイ５の対応する各フォトダイオード部（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）である光入射部に結合され、各光ファイバーを導波してきた光量の時間的変化（信号）は、対応する各フォトダイオード部（５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ）により電気信号に変換される。
ここで、光学レンズアレイ１のレンズ基板１０には、光通過部分にアパーチャーが形成されている光吸収マスクＡＭが形成されている。
【００７６】
本実施形態の光結合装置においては、光学レンズアレイを構成するレンズ基板にアパーチャーが形成されている光吸収マスクが形成されており、部品点数の低減および実装工数の低減を達成しつつ、光ファイバーから出射した光が受光素子に入射するまでの間の光路中にアパーチャーが形成されている光吸収マスクを配置することにより、近接する光ファイバーの信号のクロストークをより低減させることができる。
【００７７】
本実施形態に係る光結合装置によれば、光学レンズアレイを用いることで、光結合装置の部品数を減らしてコストの抑制が可能である。
特に、光学レンズアレイとしてレンズ基板上に、所定パターンのマスク層を形成し、熱処理により表面積が小さくなるように変形させ、マスク層とレンズ基板をエッチングにより同時に除去する方法で形成した高ＮＡの光学レンズアレイを用いているので、光の利用効率を高めることが可能である。
【００７８】
第８実施形態
図１１は、本実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
実質的に第１実施形態に係る光結合装置と同様であるが、光ファイバーとして、光出射側となる光ファイバーと、光入射側となる光ファイバーとが配列されており、光出射側となる光ファイバーに対しては受光素子が、光入射側となる光ファイバーに対しては発光素子が、同一の素子基板上に配列して形成されていることが異なる。
コア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられて配列された複数本（図面上４本）の光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）、複数個（図面上４個）の光学レンズを構成する凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）が光学材料よりなるレンズ基板１０の一方の面１０ａに各光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対応するように配列して形成された光学レンズアレイ１、および、同一の素子基板６０に複数個（図面上２個）の発光ダイオード部（６１ａ，６１ｃ）と複数個（図面上２個）のフォトダイオード部（６２ｂ，６２ｄ）が各光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対応するように配列して設けられた発光受光素子アレイ６が、それぞれ所定の位置に配置されている。
【００７９】
光学レンズアレイ１の各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）は光学レンズとして機能し、発光受光素子アレイ６の対応する各発光ダイオード部（６１ａ，６１ｃ）から出射された各光Ｌが対応する光ファイバー（４ａ，４ｃ）の端面である光入射部に結合されるとともに、対応する光ファイバー（４ｂ，４ｄ）から出射された各光Ｌが発光受光素子アレイ６の対応する各フォトダイオード部（６２ｂ，６２ｄ）である光入射部に結合され、各光ファイバーを導波してきた光量の時間的変化（信号）は、対応する各フォトダイオード部（６２ｂ，６２ｄ）により電気信号に変換される。
ここで、光学レンズアレイ１は図２に示す光学レンズアレイと同様の形状を有し、高ＮＡかつ高精度な光学レンズアレイであり、第１実施形態において説明した方法により形成可能である。
【００８０】
上記の本実施形態に係る光結合装置は、レンズ基板上に光学レンズとなる凸部が配列した光学レンズアレイ用いて、発光ダイオードから出射される光を光ファイバーと結合させ、かつ、光ファイバーから出射される光をフォトダイオードと結合させることができる。これにより、ボールレンズを用いる場合において使用していた凹部および溝が形成された光ファイバー実装基板を用いる必要がなくなって部品点数を減らせることができる。高価な部品である光ファイバー実装基板自体を使用しないことと、部品数を減らすことにより、光結合装置の低コスト化が可能となる。
【００８１】
また、本実施形態に係る光学レンズアレイは、高ＮＡの光学レンズがレンズ基板上に配列されたものとすることができる。
この場合、高ＮＡの光学レンズであり、ボールレンズのように高い集光特性にて、発光素子から出射される光を光ファイバーと結合させあるいは、光ファイバーから出射される光を受光素子と結合させて、光の利用効率を高めることが可能である。また、この高ＮＡの光学レンズが集積されているので、クロストークの問題を発生させることなく、狭いピッチにて配列を行うことができる。
【００８２】
また、上述の方法により作製された光学レンズアレイは、レジスト膜であるマスク層の露光現像工程がレンズ基板上における光学レンズの位置を決定する工程となり、光学レンズの配列を高精度に位置決めすることが可能である。
従って、光学レンズと発光素子および受光素子の配列ピッチを一致させることが容易であり、複数の発光素子および受光素子や複数の光ファイバーなどに対して、複数の光学レンズを同時に容易かつ高精度に位置合わせすることができる。
また、複数の発光素子および受光素子や複数の光ファイバーなどを光学的に結合させるにもかかわらず、工程数を増加させないで組立を行うことができることとなる。
【００８３】
また、発光素子として発光ダイオードを用い、受光素子としてフォトダイオードを用いおり、発光素子自体がそれら素子基板の主面の法線方向に光が出射される特性を有しており、受光素子は基板の主面の法線方向からの光に対して優れた感度の受光素子とすることが容易であり、そしてさらには、フォトマスクを用いた露光現像工程を用いて形成されていることからそれらの配列ピッチを制御することが容易であるので、組立工程は素子の個数が多くても工数を増加させないで組立を行うことができることとなる効果に加えて、発光受光素子アレイが板状の部品であり、複数の光学レンズはフォトマスクを用いた露光現像工程を用いて形成されているので、光学レンズが形成されたレンズ基板と発光素子および受光素子が形成されている素子基板との位置合わせはそれぞれの基板を平行に配置することで、ほぼ光学的な平行度をあわせることができる。
【００８４】
また、従来のボールレンズを基板上に形成された孔に配列し、光ファイバーを基板上に形成された溝に配列する方法においては、接着剤の塗布などを行うための作業空間や、ボールレンズなどをクランプするための作業空間が必要であったが、上記の本実施形態の光結合装置においては、レンズ基板上に配列された光学レンズは、レジスト膜のマスク層を用いた露光現像工程を用いて配列されているので、従来必要であった作業空間をもうける必要がなく、より狭いピッチでの配列が可能となる。
【００８５】
上記のように、本実施形態に係る光結合装置によれば、光学レンズアレイを用いることで、光結合装置の部品数を減らしてコストの抑制が可能である。
特に、光学レンズアレイとしてレンズ基板上に、所定パターンのマスク層を形成し、熱処理により表面積が小さくなるように変形させ、マスク層とレンズ基板をエッチングにより同時に除去する方法で形成した高ＮＡの光学レンズアレイを用いているので、光の利用効率を高めることが可能である。
【００８６】
第９実施形態
図１２は、本実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
実質的に第８実施形態に係る光結合装置と同様であるが、光学レンズアレイの形状が異なっている。
コア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられて配列された複数本（図面上４本）の光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）、光学材料よりなるレンズ基板１０の一方の面１０ａに形成された凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）と他方の面１０ｂに形成された凸部（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）から構成される複数個（図面上４個）の光学レンズが、各光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対応するように配列して形成された光学レンズアレイ１、および、同一の素子基板６０に複数個（図面上２個）の発光ダイオード部（６１ａ，６１ｃ）と複数個（図面上２個）のフォトダイオード部（６２ｂ，６２ｄ）が各光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対応するように配列して設けられた発光受光素子アレイ６が、それぞれ所定の位置に配置されている。
【００８７】
光学レンズアレイ１の各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）は光学レンズとして機能し、発光受光素子アレイ６の対応する各発光ダイオード部（６１ａ，６１ｃ）から出射された各光Ｌが対応する光ファイバー（４ａ，４ｃ）の端面である光入射部に結合されるとともに、対応する光ファイバー（４ｂ，４ｄ）から出射された各光Ｌが発光受光素子アレイ６の対応する各フォトダイオード部（６２ｂ，６２ｄ）である光入射部に結合され、各光ファイバーを導波してきた光量の時間的変化（信号）は、対応する各フォトダイオード部（６２ｂ，６２ｄ）により電気信号に変換される。
【００８８】
上記の光学レンズアレイ１は、第２実施形態に係る光学レンズアレイと同様の形状であって、第８実施形態に係る光学レンズアレイにおいて、レンズ基板１０の一方の面１０ａに形成された凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の他に、これに位置合わせをして他方の面１０ｂにさらなる凸部（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）が形成されている形状であり、第８実施形態に係る光学レンズアレイと同様に高精度に形成されており、かつ、第８実施形態に係る光学レンズアレイの光学レンズよりもらに集光特性が高められて、高ＮＡとなっている。
本実施形態に係る光学レンズアレイは、第２実施形態に係る光学レンズアレイと同様に、レンズ基板の片面に光学レンズを構成する凸部を形成する工程をレンズ基板に両面に対して２回繰り返すことにより形成することができる。
【００８９】
上記の光学レンズアレイを用いると、光学レンズの焦点距離を第８実施形態に係る光学レンズアレイより近い距離とすることができる。即ち、光学レンズが形成されたレンズ基板と発光素子および受光素子が形成された素子基板との距離、さらには光ファイバーの端面から素子基板までの距離を短くすることができる。これにより、光結合装置の厚さ方向を薄くすることができるという利点を有する。
【００９０】
上記のように、本実施形態に係る光結合装置によれば、光学レンズアレイを用いることで、光結合装置の部品数を減らしてコストの抑制が可能である。
特に、光学レンズアレイとしてレンズ基板上に、所定パターンのマスク層を形成し、熱処理により表面積が小さくなるように変形させ、マスク層とレンズ基板をエッチングにより同時に除去する方法で形成した高ＮＡの光学レンズアレイを用いているので、光の利用効率を高めることが可能である。
【００９１】
第１０実施形態
図１３は、本実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
実質的に第８実施形態に係る光結合装置と同様であるが、光学レンズアレイにアパーチャーが形成されている光吸収マスクが設けられていることが異なっている。
コア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられて配列された複数本（図面上４本）の光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）、光学材料よりなるレンズ基板１０の一方の面１０ａに形成された凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）と他方の面１０ｂに形成された凸部（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）から構成される複数個（図面上４個）の光学レンズが、各光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対応するように配列して形成された光学レンズアレイ１、および、同一の素子基板６０に複数個（図面上２個）の発光ダイオード部（６１ａ，６１ｃ）と複数個（図面上２個）のフォトダイオード部（６２ｂ，６２ｄ）が各光ファイバー（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に対応するように配列して設けられた発光受光素子アレイ６が、それぞれ所定の位置に配置されている。
【００９２】
光学レンズアレイ１の各凸部（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）は光学レンズとして機能し、発光受光素子アレイ６の対応する各発光ダイオード部（６１ａ，６１ｃ）から出射された各光Ｌが対応する光ファイバー（４ａ，４ｃ）の端面である光入射部に結合されるとともに、対応する光ファイバー（４ｂ，４ｄ）から出射された各光Ｌが発光受光素子アレイ６の対応する各フォトダイオード部（６２ｂ，６２ｄ）である光入射部に結合され、各光ファイバーを導波してきた光量の時間的変化（信号）は、対応する各フォトダイオード部（６２ｂ，６２ｄ）により電気信号に変換される。
ここで、光学レンズアレイ１のレンズ基板１０には、アパーチャーが形成されている光吸収マスクＡＭが形成されている。
【００９３】
本実施形態の光結合装置においては、光学レンズアレイを構成するレンズ基板にアパーチャーが形成されている光吸収マスクが形成されており、部品点数の低減および実装工数の低減を達成しつつ、光ファイバーから出射した光が受光素子に入射するまでの間の光路中にアパーチャーが形成されている光吸収マスクを配置することにより、近接する光ファイバーの信号のクロストークをより低減させることができる。
【００９４】
本実施形態に係る光結合装置によれば、光学レンズアレイを用いることで、光結合装置の部品数を減らしてコストの抑制が可能である。
特に、光学レンズアレイとしてレンズ基板上に、所定パターンのマスク層を形成し、熱処理により表面積が小さくなるように変形させ、マスク層とレンズ基板をエッチングにより同時に除去する方法で形成した高ＮＡの光学レンズアレイを用いているので、光の利用効率を高めることが可能である。
【００９５】
第１１実施形態
図１４、図１５および図１６は、本実施形態に係る光ファイバーの配列を説明する模式図である。
従来の光学レンズの配列は、クロストークおよび光学レンズのＮＡなどの制限により、その光学特性および組立のしやすさなどの特性から、光ファイバーの配列ピッチが決定されてきたが、上記の第１〜第１０実施形態に係る光結合装置においては、発光素子、受光素子、あるいは発光受光素子はフォトマスクを用いた露光・現像工程により作製でき、一方、光学レンズアレイもフォトマスクを用いた露光・現像工程により作製できる。
このことから、光ファイバーの配列のしやすさも光結合装置の組立てを簡単にすることができ、重要となる。光ファイバーの配列がしやすければ、結果的に光結合装置の組立コストを低減することができることになる。
【００９６】
図１４は光結合装置において光ファイバーを直線状に配列する構成を示す。
配列される光ファイバー４は、それぞれコア部４０の外周部にクラッド部４１が設けられている。
光ファイバーは、仕様が同じであれば外径が等しいので、図１４に示すように、直線上に配置することにより、光ファイバーの光が出射する部分であるコア部４０を規則的に配置することができ、光学レンズの配置および発光素子、受光素子および発光受光素子の配置を規則的にかつ容易に配置することができる。
【００９７】
また、光ファイバーの配置は直線上に配置させることに加えて、その外径が互いに接するように配置させることにより、光ファイバーの光が出射する部分であるコア部４０を規則的に配置することができ、光学レンズの配置および発光受光素子の配置をさらに規則的にかつ容易に配置することができる。
【００９８】
また、図１５および図１６は、光結合装置において光ファイバーを２次元に配列する構成を示す。
第３および第４実施形態において発光素子が発光ダイオードや面発光型の半導体レーザである場合、第５〜第７実施形態においてフォトダイオードに光結合する場合や、第８〜第１０実施形態において発光ダイオードや面発光型の半導体レーザとフォトダイオードを有する発光受光素子アレイに光結合する場合など、素子を２次元の配列にすることが容易である場合に、光ファイバーを２次元に配列することが可能である。
即ち、図１４に示した光ファイバーの配置を２次元に展開したものであり、このように複数の直線状の配列とすることにより、光ファイバーの光が出射する部分であるコア部４０を規則的に配置することができ、光学レンズの配置および発光受光素子の配置を規則的にかつ容易に配置することができることに加えて、配列密度を高めることができる。
【００９９】
以上、本発明を１１実施形態により説明したが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
例えば、上記の光学レンズを構成する材料や、マスク層の材料も上記に限定されない。特にマスク層材料としては、熱処理により、基板との境界が動くことなく、表面が丸く加工される材料であれば、本発明において用いることが可能である。
また、第８〜第１０実施形態においては、発光受光素子アレイの発光素子を発光ダイオードとして説明しているが、面発光型の半導体レーザなど、その他の発光素子に適用することも可能である。
さらに、光出射側と光入射側の部材をともに光ファイバーとして適用することも可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、光出射部材から出射された光を光学レンズにより光入射部材に結合させる光結合装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】図１は、本実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の光結合装置における光学レンズアレイの平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ’における断面図であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）中のＢ部の拡大断面図である。
【図３】図３は実施形態に係る光学レンズの製造方法の製造工程を示す断面図であり、（ａ）はマスク層の形成工程まで、（ｂ）はマスク層のパターン加工工程までを示す。
【図４】図４は図３の続きの工程を示し、（ｃ）は熱処理工程まで、（ｄ）は基板のレンズ形状の加工工程までを示す。
【図５】図５は、第２実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、第３実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図７】図７は、第４実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図８】図８は、第５実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図９】図９は、第６実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図１０】図１０は、第７実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図１１】図１１は、第８実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図１２】図１２は、第９実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、第１０実施形態に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図１４】図１４は、第１１実施形態に係る光ファイバーの配列を説明する模式図である。
【図１５】図１５は、第１１実施形態に係る光ファイバーの配列を説明する模式図である。
【図１６】図１６は、第１１実施形態に係る光ファイバーの配列を説明する模式図である。
【図１７】図１７は、第１従来例に係る光結合装置の構成を示す斜視図である。
【図１８】図１８は、第２従来例に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図１９】図１９は、第３従来例に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図２０】図２０は、第４従来例に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【図２１】図２１は、第５従来例に係る光結合装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１…光学レンズアレイ、１ａ…光学レンズ、２…発光素子アレイ、２ａ…発光素子、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４…光ファイバー、５…受光素子アレイ、５ａ…受光素子、６…発光受光素子アレイ、１０…レンズ基板、１０ａ…一方の面、１０ｂ…他方の面、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…凸部、２０…発光素子基板、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…半導体レーザ部、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２…発光ダイオード部、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ…面発光の半導体レーザ部、４０…コア部、４１…クラッド部、５０…受光素子基板、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１…フォトダイオード部、６０…発光受光素子基板、６１ａ，６１ｃ…発光ダイオード部、６２ｂ，６２ｄ…フォトダイオード部、ＡＭ…アパーチャーが形成されている光吸収マスク、ＭＳ，ＭＳａ，ＭＳｂ，ＭＳｃ，ＭＳｄ，ＭＳａ’，ＭＳｂ’，ＭＳｃ’，ＭＳｄ’…マスク層、Ｔ…溝、Ｌ…光、ＬW …全光、ＬR …反射光、Ｍ…境界、１００…光ファイバー実装基板、１０１…レンズ用凹部、１０２…光ファイバー用溝、１０３…ボールレンズ、１０４…光学素子基板、１０５…光学素子面
【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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