(57)【要約】【課題】有効ＮＡを向上させて挿入損失を低減できる光ファイバコリメータを提供すること。【解決手段】ガラス基板３２の両面３２ａ，３２ｂに複数のマイクロレンズ素子３３，３４がそれぞれ形成され、複数のマイクロレンズ素子のうち対向する２つが１組となって１レンズとして機能する平板マイクロレンズアレイ３１を備え、その一方の側に多数の単一モード光ファイバ５１を有する光ファイバアレイ５０を配置した。ガラス基板３２の両面にマイクロレンズ素子３３，３４が形成されているので、ガラス基板の片方の面にマイクロレンズ素子が形成された従来の平板マイクロレンズアレイより大きなＮＡ（開口数）が得られる。各マイクロレンズ素子３３，３４について、収差特性の良いレンズ中心付近で十分なＮＡが確保されるので、有効ＮＡが向上して挿入損失が低減され、通常光通信用途で必要な低挿入損失が得られる。【選択図】      図１
2005070073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の両面に少なくとも一つのマイクロレンズ素子がそれぞれ形成されており、前記両面にそれぞれ形成された前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子のうち対向する２つが１組となって１レンズとして機能するマイクロレンズを備え、
前記マイクロレンズの一方の側に少なくとも一つの単一モード光ファイバを配置したことを特徴とする光ファイバコリメータ。
【請求項２】
前記透明基板の両面にそれぞれ形成された前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子のうち、前記１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子のレンズ径は等しくかつ光軸が一致しており、
前記少なくとも一つの単一モード光ファイバは、各々のコア中心軸を、対応する前記１レンズとして機能する２つのマイクロレンズ素子の光軸に一致させてあることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコリメータ。
【請求項３】
前記透明基板の両面にそれぞれ形成された前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子のうち、前記１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子のレンズ径は等しくかつ光軸が一致しており、
前記少なくとも一つの単一モード光ファイバは、各々のコア中心軸を、対応する前記１レンズとして機能する２つのマイクロレンズ素子の光軸に対して傾斜させてあることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコリメータ。
【請求項４】
前記透明基板の両面にそれぞれ形成された前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子のうち、前記１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子のレンズ径は等しくかつ光軸は平行でずれており、
前記少なくとも一つの単一モード光ファイバは、各々のコア中心軸を、対応する前記１レンズとして機能する２つのマイクロレンズ素子のうち、その先端に近い側にあるマイクロレンズ素子の光軸に一致させてあることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバコリメータ。
【請求項５】
前記両面にそれぞれ形成された前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子の各々は、略半球状の屈折率分布を持つ屈折率分布型マイクロレンズ素子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバコリメータ。
【請求項６】
前記両面にそれぞれ形成された前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子の各々は、前記両面に球面状または非球面状の凹部を有する平行平板状の透明基板の前記凹部に該透明基板より屈折率の高い樹脂を充填して形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバコリメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明基板の表面に多数のマイクロレンズ素子が形成された平板マイクロレンズアレイなどのマイクロレンズを備えた光ファイバコリメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来の光ファイバコリメータアレイ（光ファイバコリメータ）を示している。この光ファイバコリメータアレイは、平板マイクロレンズアレイ２１と、複数の単一モード光ファイバ２２Ａを有する光ファイバアレイ２２とを組み合わせて構成されている。平板マイクロレンズアレイ２１は、ガラス基板２３の片方の面２３ａに、略半球状の屈折率分布を持つ直径が数十〜数百μｍ程度の屈折率分布型マイクロレンズ素子２４を多数個形成したものである。このような平板マイクロレンズアレイ２１を、イオン交換法などにより作製する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
平板マイクロレンズアレイ２１は、例えばイオン交換法により次のような手順で作製される。ガラス基板２３の片方の面２３ａ上に金属マスクを成膜した後、同マスクをフォトリソグラフィによりパターニングして同マスクに多数のマスク開口部を形成する。この後、マスク開口部が形成されたガラス基板２３を屈折率を増大させる効果を有する元素のイオンを含有する溶融塩中に浸し、マスク開口部を介してのガラスと溶融塩とのイオン交換によって、ガラス基板２３の片方の面２３ａのマスク開口部近傍に屈折率分布領域である多数のマイクロレンズ素子２４を形成する。
【０００４】
このようにして作製される平板マイクロレンズアレイの特徴は、マイクロレンズ素子の配列精度が、基本的にフォトマスク精度（前記金属マスクに形成されるマスク開口部の精度）で決まるために非常に高いことである。そのため、平板マイクロレンズアレイは、光通信分野、複写機，ファクシミリなどのＯＡ機器分野、内視鏡等の医学分野などに広く利用されている。
【０００５】
例えば、光通信分野では、多数の光信号の行き先を切り換えるため、光スイッチアレイと光ファイバアレイを組み合せた光クロスコネクトモジュールなどの開発が進められている。その中で、平板マイクロレンズアレイは光ファイバアレイと組み合せて光ファイバコリメータアレイを構成するための重要な光学要素である（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、貼り合わせタイプの平板マイクロレンズは、知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５７−５３７０２号公報
【特許文献２】
特開２００１−３０５３７６号公報
【特許文献３】
特開２０００−３０４９６６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１２に示すように、ガラス基板２３の片方の面２３ａにマイクロレンズ素子２４が形成されている平板マイクロレンズアレイ２１などのマイクロレンズを備えた光ファイバコリメータアレイでは、次のような問題点がある。
【０００９】
平板マイクロレンズアレイ２１のマイクロレンズ素子２４について、十分大きなＮＡ（開口数）を確保するのが難しい。そのため、例えば単一モード光ファイバの出射光をコリメートする光ファイバコリメータアレイを構成した際に、ＮＡのより大きな従来のレンズ、例えば通常の球面レンズや屈折率分布型ロッドレンズと比べて挿入損失が大きくなってしまい、通常光通信用途で必要な低挿入損失を得るのが難しい。つまり、他の光ファイバコリメータ用レンズで得られる低挿入損失を得るのが難しい。その理由は、ＮＡの小さい平板マイクロレンズでは、例えば単一モード光ファイバの出射光をコリメートする場合、その出射光を利用できる範囲が小さいので、その利用範囲を大きくしようとすると、収差の悪いレンズの周辺部まで使うことになるからである。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、有効ＮＡを向上させて挿入損失を低減できる光ファイバコリメータを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、透明基板の両面に少なくとも一つのマイクロレンズ素子がそれぞれ形成されており、前記両面にそれぞれ形成された前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子のうち対向する２つが１組となって１レンズとして機能するマイクロレンズを備え、前記マイクロレンズの一方の側に少なくとも一つの単一モード光ファイバを配置したことを特徴とする光ファイバコリメータである。
【００１２】
この構成によれば、透明基板の両面に少なくとも一つのマイクロレンズ素子がそれぞれ形成され、前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子のうち対向する２つが１組となって１レンズとして機能するマイクロレンズを備え、その一方の側に少なくとも一つの単一モード光ファイバを配置してある。そのため、透明基板の片方の面にマイクロレンズ素子が形成された従来の平板マイクロレンズなどのマイクロレンズよりもＮＡ（開口数）を大きくすることができる。これにより、マイクロレンズの各マイクロレンズ素子について、収差特性の良いレンズ中心付近で十分なＮＡが確保されるので、有効ＮＡが向上し、挿入損失を低減できる光ファイバコリメータが得られ、通常光通信用途で必要な低挿入損失を得ることができる。なお、ここにいう「有効ＮＡ」とは、収差特性の良いマイクロレンズ素子の有効径に対応するＮＡ（開口数）をいう。したがって、有効ＮＡを向上させて挿入損失の低減を図ることができる。また、挿入損失の低減を図れることにより、高効率での光伝送が可能な光ファイバコリメータを実現することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光ファイバコリメータにおいて、前記透明基板の両面にそれぞれ形成された前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子のうち、前記１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子のレンズ径は等しくかつ光軸が一致しており、前記少なくとも一つの単一モード光ファイバは、各々のコア中心軸を、対応する前記１レンズとして機能する２つのマイクロレンズ素子の光軸に一致させてあることを要旨とする。
【００１４】
平板マイクロレンズなどのマイクロレンズをイオン交換法などにより作製する場合（例えば、特許文献１参照）、低収差が得られる領域がマスク開口径によって一義的に決定されてしまうので、通常光通信用途で必要な低挿入損失を得るのが難しいとともに、ＮＡや焦点距離などのレンズの仕様変更をするのが難しい。これに対して、請求項２に係る発明の構成によれば、１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子のレンズ径は等しくかつ光軸が一致しているので、各１レンズ間の距離（レンズ間距離）を変えることにより、焦点距離を変えることができる。レンズ間距離を変えるには、例えば、透明基板の厚さ（レンズ厚）或いはマイクロレンズ素子のレンズ径を変更すればよい。こうしてレンズ間距離を変えることにより、焦点距離などの光学特性の変更（レンズの仕様変更）が可能になり、光学特性の異なる光ファイバコリメータの作製が容易になる。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の光ファイバコリメータにおいて、前記透明基板の両面にそれぞれ形成された前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子のうち、前記１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子のレンズ径は等しくかつ光軸が一致しており、前記少なくとも一つの単一モード光ファイバは、各々のコア中心軸を、対応する前記１レンズとして機能する２つのマイクロレンズ素子の光軸に対して傾斜させてあることを要旨とする。
【００１６】
この構成によれば、上記請求項２に係る発明と同様に、レンズ間距離を変えることにより、焦点距離などの光学特性の変更が可能になり、光学特性の異なる光ファイバコリメータの作製が容易になる。これに加えて、少なくとも一つの単一モード光ファイバの各コア中心軸を、対応する１レンズとして機能する２つのマイクロレンズ素子の光軸に対して傾斜させてある。これにより、各マイクロレンズ素子の収差を大きく悪化させることなく、単一モード光ファイバ側へ反射光が戻るのを防止することができる。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の光ファイバコリメータにおいて、前記透明基板の両面にそれぞれ形成された前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子のうち、前記１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子のレンズ径は等しくかつ光軸は平行でずれており、前記少なくとも一つの単一モード光ファイバは、各々のコア中心軸を、対応する前記１レンズとして機能する２つのマイクロレンズ素子のうち、その先端に近い側にあるマイクロレンズ素子の光軸に一致させてあることを要旨とする。
【００１８】
この構成によれば、１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子のレンズ径は等しくかつ光軸は平行でずれているので、その光軸ズレ量を適宜に設定することにより、透明基板の両面での反射戻り光を低減することができる。そのため、各単一モード光ファイバのコア中心軸に対してマイクロレンズの各マイクロレンズ素子の光軸を傾ける必要がない。したがって、単一モード光ファイバとマイクロレンズとの調芯が容易になり、光ファイバコリメータの作製が容易になる。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバコリメータにおいて、前記両面にそれぞれ形成された前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子の各々は、略半球状の屈折率分布を持つ屈折率分布型マイクロレンズ素子であることを要旨とする。
【００２０】
この構成によれば、ガラス基板などの透明基板の両面に、略半球状の屈折率分布を持つ少なくとも一つの屈折率分布型マイクロレンズ素子を形成した平板マイクロレンズなどのマイクロレンズを、イオン交換法などにより容易に作製することができる。したがって、安価で焦点距離などの光学特性の変更が可能な光ファイバコリメータが得られる。
【００２１】
請求項６に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバコリメータにおいて、前記両面にそれぞれ形成された前記少なくとも一つのマイクロレンズ素子の各々は、前記両面に球面状または非球面状の凹部を有する平行平板状の透明基板の前記凹部に該透明基板より屈折率の高い樹脂を充填して形成されていることを要旨とする。
【００２２】
この構成によれば、マイクロレンズ素子の各々は、透明基板の両面に球面状または非球面状の凹部を有する平行平板状の透明基板を樹脂成形などで成形し、この透明基板の凹部に該透明基板より屈折率の高い樹脂を充填して形成される。このため、平板マイクロレンズなどのマイクロレンズを、樹脂成形などにより容易に作製することができる。したがって、安価で焦点距離などの光学特性の変更が可能な光ファイバコリメータが得られる
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ファイバコリメータを具体化した光ファイバコリメータアレイの各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において、同一の部材には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２４】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１は第１実施形態に係る光ファイバコリメータアレイを、図２はこの光ファイバコリメータアレイに用いるマイクロレンズとしての平板マイクロレンズアレイを、図３は図２の平板マイクロレンズアレイに含まれる複数個のマイクロレンズ素子のうち対向する２つをそれぞれ示している。
【００２５】
図１に示すように、光ファイバコリメータアレイ６０は、平板マイクロレンズアレイ３１と光ファイバアレイ５０とを備えている。
平板マイクロレンズアレイ３１は、図１および図２に示すように、透明基板としての一つのガラス基板３２を有する。このガラス基板の互いに平行な両面（一側面３２ａおよび他側面３２ｂ）には、多数の（本例では９個の）マイクロレンズ素子３３，３４がそれぞれ形成されている。
【００２６】
すなわち、ガラス基板３２の一側面３２ａには、９個のマイクロレンズ素子３３がマトリクス状に（３行３列に）形成されている。また、ガラス基板３２の他側面３２ｂには、マイクロレンズ素子３３と同数の９個のマイクロレンズ素子３４がマトリクス状に形成されている。
【００２７】
ガラス基板３２の一側面３２ａおよび他側面３２ｂにそれぞれ形成された多数のマイクロレンズ素子３３，３４は、対向する２つが１組となって１レンズとしてそれぞれ機能する。多数のマイクロレンズ素子３３，３４のうち、１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子３３，３４のレンズ径Ｄ（図２参照）は等しくかつ光軸Ｃは一致している。そして、各１レンズ（９組ある１レンズの各々）の光軸Ｃは互いに平行になっている。
【００２８】
多数のマイクロレンズ素子３３，３４はそれぞれ、略半球状の屈折率分布を持つ屈折率分布型マイクロレンズ素子である。各マイクロレンズ素子３３，３４は、ガラス基板３２の一側面３２ａおよび他側面３２ｂとそれぞれ面一になるように研磨された平坦面を有するとともに、ガラス基板３２内部に形成された屈折率分布領域（図１，２の斜線部）全体がそれぞれ正レンズとして作用する。
【００２９】
このような多数のマイクロレンズ素子３３，３４がガラス基板３２の一側面３２ａおよび他側面３２ｂに形成された平板マイクロレンズアレイ３１は、上述したイオン交換法により作製される表面が平坦なタイプの平板マイクロレンズアレイである。
【００３０】
光ファイバアレイ５０は、図１に示すように、平板マイクロレンズアレイ３１の一方の側に配置された多数の（本例ではマイクロレンズ素子３３と同数である９本の）単一モード光ファイバ５１を備えている。各単一モード光ファイバ５１は、各々のコア中心軸Ｃ１を、対応する１レンズとして機能する２つのマイクロレンズ素子３３，３４の光軸Ｃにそれぞれ一致させてある。
【００３１】
（実施例）
図１および図２に示す平板マイクロレンズアレイ３１を具体化した一例である実施例を図３に示してある。この実施例の平板マイクロレンズアレイ３１において、レンズ厚ｔ、各マイクロレンズ素子３３，３４のレンズ径Ｄ，焦点距離ｆ、およびＮＡ（開口数）は、図３および以下に示すとおりである。ここで、レンズ厚ｔは、ガラス基板３２の厚さである。
【００３２】
・レンズ厚ｔは、ｔ＝０．７ｍｍ
・レンズ径Ｄは、Ｄ＝２５０μｍ
・焦点距離ｆは、ｆ＝０．４８６５ｍｍ
・ＮＡは、ＮＡ＝０．２２６１（測定波長λ＝１．５５μｍ）
である。
【００３３】
（比較例）
図１２に示す従来の光ファイバコリメータ（光ファイバコリメータアレイ）の平板マイクロレンズアレイ２１を具体化した一例である比較例を図１３に示してある。この比較例の平板マイクロレンズアレイにおいて、レンズ厚ｔ、各マイクロレンズ素子２４のレンズ径Ｄ、焦点距離ｆ、およびＮＡは、図１３および以下に示すとおりである。
【００３４】
・レンズ厚ｔは、ｔ＝０．７ｍｍ
・レンズ径Ｄは、Ｄ＝２５０μｍ
・焦点距離ｆは、ｆ＝０．７３８３ｍｍ
・ＮＡは、ＮＡ＝０．１４９（測定波長λ＝１．５５μｍ）
である。
【００３５】
ガラス基板のレンズ厚ｔとレンズ径Ｄを同じにした実施例と比較例とを比べると、実施例の方が、比較例よりも、ＮＡが大きくなっていることが分かる。
図４は、図１に示す上記第１実施形態に係る光ファイバコリメータアレイ６０における、作用長ＷＤ（ｍｍ）と挿入損失（ｄＢ）との関係を示している。図４の曲線３６で示す実施例は、図３に示す上記実施例の平板マイクロレンズアレイ３１を用いて光ファイバコリメータアレイ６０を構成した場合における作用長ＷＤと挿入損失との関係を示している。
【００３６】
また、図４の曲線３７で示す従来例は、図１３に示す上記比較例の平板マイクロレンズアレイ２１を用いて光ファイバコリメータアレイを構成した場合における作用長ＷＤと挿入損失との関係を示している。なお、ここにいう「作用長ＷＤ」は、対向する２つの光ファイバコリメータアレイを含むコリメータ光学系において、対向する２つの光ファイバコリメータアレイ間でコリメート光が結合可能な距離（コリメート長）を意味する。
【００３７】
図４から、作用長ＷＤが略７ｍｍ以下の範囲では、曲線３６で示す実施例に係る光ファイバコリメータアレイ６０の挿入損失が曲線３７で示す従来例に係る光ファイバコリメータアレイの挿入損失よりも０．２ｄＢ程度小さくなっていることが分かる。これは、ガラス基板３２の両面にマイクロレンズ素子３３，３４が形成された図３に示す実施例の平板マイクロレンズアレイ３１の方が、片方の面２３ａにのみマイクロレンズ素子２４が形成された図１３に示す比較例の平板マイクロレンズアレイ２１よりも、ＮＡ（開口数）が大きくなっているためである。
【００３８】
すなわち、実施例よりもＮＡの小さい比較例の平板マイクロレンズアレイ２１を用いた光ファイバコリメータアレイ（従来例）では、単一モード光ファイバの出射光をコリメートする場合、その出射光を利用できる範囲が小さい。このため、その利用範囲を大きくしようとすると、収差の悪いマイクロレンズ素子の周辺部まで使うことになる。その結果、上記従来例の光ファイバコリメータアレイでは、ＮＡのより大きな実施例の平板マイクロレンズアレイ３１を用いて構成した光ファイバコリメータアレイ６０（実施例）と比べて挿入損失が大きくなってしまい、通常光通信用途で必要な低挿入損失を得るのが難しい。
【００３９】
これに対して、比較例よりもＮＡの大きい実施例の平板マイクロレンズアレイ３１を用いて構成した光ファイバコリメータアレイ６０では、多数のマイクロレンズ素子３３，３４の各々について、収差特性の良いレンズ中心付近で十分なＮＡが確保されるので、平板マイクロレンズアレイ３１の有効ＮＡが向上する。そのため、有効ＮＡが向上した平板マイクロレンズアレイ３１を用いて構成した光ファイバコリメータアレイ６０では、挿入損失が改善され、通常光通信用途で必要な低挿入損失が得られる。
【００４０】
図５は、図３に示す実施例に係る平板マイクロレンズアレイ３１の干渉縞写真である。図５に示す円の外径Ｄ１は、レンズ径Ｄ（図２参照）の９割程度の値（Ｄ１≒Ｄ×０．９）であり、波面収差のＲＭＳ値は、平板マイクロレンズアレイ測定用のマッハ・ツェンダー干渉計によってＲＭＳ＝０．０４５λと測定された（測定波長λはλ＝６３３ｍｍ）。この図５から、図３に示す上記実施例の平板マイクロレンズアレイ３１を用いて構成した上記第１実施形態に係る光ファイバコリメータアレイ６０では、各マイクロレンズ素子３３，３４のレンズ中心付近だけでなく、その周辺部まで収差の少ない良好な結果が得られていることが分かる。
【００４１】
以上のように構成された第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○ガラス基板３２の両面（一側面３２ａおよび他側面３２ｂ）にそれぞれ多数のマイクロレンズ素子３３，３４が形成されているので、ガラス基板２３の片方の面２３ａにのみ多数のマイクロレンズ素子２４が形成された従来の平板マイクロレンズアレイ２１（図１２参照）よりもＮＡを大きくすることができる。例えば、図１２に示す従来の平板マイクロレンズアレイ２１のＮＡは、０．１５〜０．１７程度と小さい（図１３に示す比較例の場合、ＮＡ＝０．１４９）。これに対して、図１に示す第１実施形態に係る光ファイバコリメータアレイ６０で用いた平板マイクロレンズアレイ３１のＮＡは、略０．２２以上と大きい（図３に示す実施例の場合、ＮＡ＝０．２２６１）。これにより、多数のマイクロレンズ素子３３，３４の各々について、収差特性の良いレンズ中心付近で十分なＮＡが確保されるので（図５参照）、有効ＮＡが向上し、挿入損失を低減できる平板マイクロレンズアレイ３１が得られる。
【００４２】
○このように有効ＮＡが向上した平板マイクロレンズアレイ３１を用いることにより、通常光通信用途で必要な低挿入損失の光ファイバコリメータアレイ６０を得ることができる。
【００４３】
○挿入損失の低減を図れることにより、高効率での光伝送が可能な光ファイバコリメータアレイ６０を得ることができる。
○図１２に示すような従来の平板マイクロレンズアレイ２１を上述したイオン交換法などにより作製する場合、上述した理由により、通常光通信用途で必要な低挿入損失を得るのが難しいとともに、ＮＡ（開口数）や焦点距離などのレンズの仕様変更をするのが難しい。これに対して、第１実施形態の光ファイバコリメータアレイ６０で用いる平板マイクロレンズアレイ３１では、１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子３３，３４のレンズ径は等しくかつ各々の光軸Ｃが一致している。このため、対向する２つのマイクロレンズ素子３３，３４間のレンズ間距離Ｓを変えることにより、平板マイクロレンズアレイ３１の各１レンズの焦点距離ｆを変えることができる。レンズ間距離Ｓを変えるには、例えば、ガラス基板３２の厚さ（レンズ厚ｔ）或いは各マイクロレンズ素子３３，３４のレンズ径Ｄを変更すればよい。こうしてレンズ間距離Ｓを変えることにより、平板マイクロレンズアレイ３１の焦点距離ｆなどの光学特性の変更（レンズの仕様変更）が可能になり、光学特性の異なる光ファイバコリメータアレイ６０の作製が容易になる。
【００４４】
例えば、図３に示すように、ガラス基板３２のレンズ厚ｔを、ｔ＝０．７ｍｍからｔ＝０．８ｍｍに変更すると、焦点距離ｆが略０．４８６５ｍｍから略０．５１６６ｍｍに大きくなる（図１１参照）。なお、この変更により、ＮＡ（開口数）が略０．２２６１から略０．２１２９に小さくなるが、その変化量はごくわずかであり、使用上特に問題ないといえる。
【００４５】
この図１１は、２つで１組となって１レンズとしてそれぞれ機能する２つのマイクロレンズ素子３３，３４の各レンズ径Ｄが２５０μｍである平板マイクロレンズアレイ３１についての、レンズ厚ｔとＮＡおよび焦点距離ｆとの相関を示している。この図１１から、レンズ厚ｔを略０．４ｍｍから０．８ｍｍへ変化させると、曲線４６で示すように焦点距離ｆが０．３８４１から０．５１６６ｍｍへ直線的に大きくなることが分かる。また、図１１から、レンズ厚ｔを０．４ｍｍから０．８ｍｍへ変化させると、曲線４７で示すようにＮＡが０．３２５４から０．２１２９へ直線的に小さくなることが分かる。
【００４６】
○ガラス基板３２の両面（一側面３２ａおよび他側面３２ｂ）に、略半球状の屈折率分布を持つ屈折率分布型マイクロレンズ素子３３，３４を多数個形成した平板マイクロレンズアレイ３１を、イオン交換法などにより容易に作製することができる。しかも、このような方法で作製される平板マイクロレンズアレイ３１は、ガラス基板３２の両面にそれぞれ形成される多数のマイクロレンズ素子３３，３４の配列精度が、基本的にフォトマスク精度で決まるため、レンズ配列精度の高い平板マイクロレンズアレイの作製が可能になる。したがって、作製が容易で光学的特性の高い平板マイクロレンズアレイ３１を得ることができ、より効率の高い光伝送が可能な光ファイバコリメータアレイ６０を得ることができる。
【００４７】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る光ファイバコリメータアレイ７０を、図６および図７に基づいて説明する。
【００４８】
この光ファイバコリメータアレイ７０は、図１に示す上記第１実施形態に係る光ファイバコリメータアレイ６０と同じ平板マイクロレンズアレイ３１を用いている。また、光ファイバアレイ５０の各単一モード光ファイバ５１のコア中心軸Ｃ１を、対応する１レンズとして機能する２つのマイクロレンズ素子３３，３４の光軸Ｃに対して傾斜させてある。なお、図６では、光ファイバアレイ５０に含まれる多数の単一モード光ファイバ５１のうち、１本の単一モード光ファイバ５１のみを示してある。
【００４９】
図１２に示す従来の平板マイクロレンズアレイ２１では、ガラス基板２３の片方の面２３ａのみに多数のマイクロレンズ素子２４が形成されている。このため、もう一方の面２３ｂを図１４に示すように傾斜面２３ｂ´に研磨することで、光ファイバアレイ２２の単一モード光ファイバ２２Ａへ反射光が戻るのを防止することができる。
【００５０】
これに対して、図１に示す上記第１実施形態に係る光ファイバコリメータアレイ６０では、ガラス基板３２の両面にマイクロレンズ素子３３，３４が形成されているので、反射戻り光の防止対策として、図１２に示す従来例と同じ方法を採ることができない。そこで、上記第１実施形態に係る光ファイバコリメータアレイ６０に反射戻り光の防止対策を施したのが本実施形態である。
【００５１】
図６に示す光ファイバコリメータアレイ７０は、光ファイバアレイ５０と、平板マイクロレンズアレイ３１とを備えている。
図６に示すように、平板マイクロレンズアレイ３１の一側面３２ａを単一モード光ファイバ５１の出射光に対して傾斜角θ傾けることにより、平板マイクロレンズアレイ３１の一側面３２ａおよび他側面３２ｂでの反射光が単一モード光ファイバ５１側へ戻るのを防止することができる。ここで、「傾斜角θ」は、単一モード光ファイバ５１のコア中心軸Ｃ１に垂直な面に対する、平板マイクロレンズアレイ３１の一側面３２ａの傾斜角である。
【００５２】
図７に、平板マイクロレンズアレイ３１の傾斜角θ（ＰＭＬ傾斜角θ）を変化させたときの、球面収差のＲＭＳ値（以下、単にＲＭＳという。）の変化と反射戻り光の変化を示している。図７では、反射戻り光の変化を曲線４０により、ＲＭＳ（λ）の変化を曲線４１によりそれぞれ示してある。また、図７の右側の軸は、反射戻り光Ｘの逆数をデシベルで示している。
【００５３】
以上のように構成された第２実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○図７から、反射戻り光は、傾斜角θを光ファイバ５１のコア中心軸Ｃ１と平板マイクロレンズアレイ３１の基板表面（一側面３２ａ）が垂直な状態（θ＝０°）から±１°変化させたとき、略５５（ｄＢ）程度まで低減されることが分かる。また、図７から、反射戻り光は、傾斜角θを略＋１．０°〜＋２．０°或いは略−１．０°〜−２．０°の範囲で変化させると、単一モード光ファイバ５１側へ戻る反射戻り光は、ほぼ５５（ｄＢ）の一定値でほとんど変化せず、単一モード光ファイバ５１側への反射光戻り光はほとんど無いといえる。そして、図７から、傾斜角θを＋２．０°付近から−２．０°付近の範囲で変化させたとき、ＲＭＳはほぼ０．００８λ〜０．０１８λの範囲内で変化し、各マイクロレンズ素子３３，３４の収差はそれほど大きく変化しないことが分かる。
【００５４】
このように、レンズ径Ｄが同じで各々の光軸Ｃが一致している図６に示すような光ファイバコリメータアレイ７０の平板マイクロレンズアレイ３１の傾斜角θを、略＋１．０°〜＋２．０°或いは−１．０°〜−２．０°の範囲内に設定する。これにより、各マイクロレンズ素子３３，３４の収差を大きく悪化させることなく、単一モード光ファイバ５１側へ反射光が戻るのを防止することができる。
【００５５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を図８および図９に基づいて説明する。
図８に示す第３実施形態に係る光ファイバコリメータアレイ８０では、平板マイクロレンズアレイ３１Ａにおける各１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子３３，３４のレンズ径Ｄは等しくかつ各々の光軸Ｃ，Ｃ´がそれぞれ平行で光軸ズレ量Ｚ（ｍｍ）だけずれている。そして、光ファイバアレイ５０の多数の単一モード光ファイバ５１は、各々のコア中心軸Ｃ１を、１レンズとして機能する２つのマイクロレンズ素子３３，３４のうち、その先端に近い側にあるマイクロレンズ素子３３の光軸Ｃに一致させてある。なお、図８では、光ファイバアレイ５０に含まれる多数の単一モード光ファイバ５１のうち、１本の単一モード光ファイバ５１のみを示してある。
【００５６】
図９は、各１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子３３，３４の光軸ズレ量Ｚを＋０．０５００ｍｍ〜−０．０５００ｍｍの範囲で変化させたときの、反射戻り光とＲＭＳの変化を示している。図９では、反射戻り光の変化を曲線４３により、ＲＭＳの変化を曲線４４によりそれぞれ示している。
【００５７】
以上のように構成された第３実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○図９から、光軸ズレ量Ｚを＋０．０５００ｍｍ〜−０．０５００ｍｍの範囲で変化させても、光ファイバアレイ５０の各単一モード光ファイバ５１側へ戻る反射戻り光は、ほぼ７０（ｄＢ）の一定値でほとんど変化せず、単一モード光ファイバ５１側への反射光戻り光はほとんど無いことが分かる。また、図９から、光軸ズレ量Ｚを＋０．０５００ｍｍ〜−０．０５００ｍｍの範囲で変化させたとき、ＲＭＳはほぼ０．００７λ〜０．０３７λの範囲内で変化し、各マイクロレンズ素子３３，３４の収差はそれほど大きく変化しないことが分かる。
【００５８】
したがって、各マイクロレンズ素子３３，３４の収差を大きく悪化させることなく、単一モード光ファイバ５１側へ反射光が戻るのを防止することができる。そのため、各単一モード光ファイバ５１のコア中心軸Ｃ１に対して平板マイクロレンズアレイ３１Ａの各マイクロレンズ素子の光軸を傾ける必要がない。したがって、単一モード光ファイバと平板マイクロレンズアレイ３１Ａとの調芯が容易になり、光ファイバコリメータアレイ８０の作製が容易になる。
【００５９】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る光ファイバコリメータアレイ９０を図１０および図１１に基づいて説明する。この光ファイバコリメータアレイ９０では、平板マイクロレンズアレイ３１Ｂにおける各１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子３３Ａ，３４Ａは、異なるレンズ径Ｄ２，Ｄ３を持つとともに各々の光軸Ｃが一致している。それ以外の構成は、図１に示す上記第１実施形態に係る光ファイバコリメータアレイ６０と同じである。なお、図１０では、光ファイバアレイ５０に含まれる多数の単一モード光ファイバ５１のうち、１本の単一モード光ファイバ５１のみを示してある。
【００６０】
以上のように構成された第４実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
○各１レンズとして機能する対向する２つのマイクロレンズ素子３３Ａ，３４Ａは異なるレンズ径Ｄ２，Ｄ３を持つとともに各々の光軸Ｃが一致しており、レンズ径Ｄ２，Ｄ３の組み合せを変えることにより、焦点距離ｆは固定で、ＮＡを変えることができる。つまり、一側面３２ａの多数のマイクロレンズ素子３３Ａの各レンズ径Ｄ２と他側面３２ｂの多数のマイクロレンズ素子３４Ａの各レンズ径Ｄ３を異ならせることにより、平板マイクロレンズアレイ３１Ｂにおいて焦点距離ｆ固定のままでＮＡなどの光学特性の変更（レンズの仕様変更）が可能になる。したがって、ＮＡなどの光学特性の異なる光ファイバコリメータアレイ９０の作製が容易になる。
【００６１】
［  変形例］
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記各実施形態では、ガラス基板３２の両面に多数のマイクロレンズ素子３３，３４或いは３３Ａ，３４Ａがそれぞれ形成された平板マイクロレンズアレイ３１，３１Ａ、３１Ｂについて説明したが、本発明はこのような平板マイクロレンズアレイに限定されない。ガラス基板３２の両面に一つのマイクロレンズ素子がそれぞれ形成されたマイクロレンズとしての平板マイクロレンズにも本発明は適用可能である。要するに、本発明は、ガラス基板３２の両面に少なくとも一つのマイクロレンズ素子がそれぞれ形成された平板マイクロレンズなどのマイクロレンズに適用可能である。
【００６２】
・上記第１実施形態では、一つのガラス基板３２の両面にマイクロレンズ素子３３，３４がそれぞれ形成された平板マイクロレンズアレイ３１と、光ファイバアレイ５０とを組み合せて光ファイバコリメータアレイ６０を構成した例について説明した。しかし、本発明はこのような光ファイバコリメータアレイに限定されない。例えば、片面に少なくとも一つのマイクロレンズ素子が形成された２つの平板マイクロレンズを貼り合わせた貼り合わせタイプの平板マイクロレンズ（上記特許文献３参照）と、光ファイバアレイ５０とを組み合せた光ファイバコリメータアレイにも本発明は適用可能である。また、前記貼り合わせタイプの平板マイクロレンズは、間に平行平面ガラス基板を入れて、２つの平板マイクロレンズと平行平面ガラス基板とを一体化したものであってもよい。
【００６３】
このような変更は、上記第２〜第４実施形態においても同様に可能である。
・上記第１実施形態では、イオン交換法により作製される表面が平坦なタイプの平板マイクロレンズアレイを用いた光ファイバコリメータアレイ６０を一例として説明したが、本発明はこのような光ファイバコリメータアレイ６０に限定されない。例えば、イオン交換法によるイオン交換後のマスク開口部の膨らみを利用して作製した平板マイクロレンズアレイを用いた光ファイバコリメータアレイにも本発明は適用可能である。このような変更は、上記第２〜第４実施形態においても同様に可能である。
【００６４】
・上記第１実施形態において、ガラス基板３２に代えて、透明基板として、平行な両面にそれぞれ半球面状または非球面状の凹部を有する平行平板状の透明基板を樹脂成形などで作製する。この樹脂製の透明基板の各凹部にこの透明基板より屈折率の高い樹脂を充填して各マイクロレンズ素子を形成した平板マイクロレンズアレイを用いた光ファイバコリメータアレイにも本発明は適用可能である。
【００６５】
要するに、本発明は、透明基板の両面にそれぞれ少なくとも一つのマイクロレンズ素子が形成された平板マイクロレンズアレイを用いた光ファイバコリメータアレイに広く適用される。本発明は、平板マイクロレンズアレイの透明基板の材質や形状、各マイクロレンズ素子の形状，材質および数、透明基板や各マイクロレンズ素子の寸法、焦点距離ｆやＮＡなどの数値に限定されない。
【００６６】
・上記第１実施形態では、マイクロレンズ素子３３，３４をそれぞれ３行３列のマトリクス状に形成した平板マイクロレンズアレイ３１を一例として説明したが、各マイクロレンズ素子３３，３４をそれぞれ一列に形成した平板マイクロレンズアレイ３１を用いた光ファイバコリメータアレイにも本発明は適用可能である。
【００６７】
・図６に示す上記第２実施形態で採用した反射戻り光防止対策を、図８および図１０に示す上記第３および第４実施形態にも採用することにより、単一モード光ファイバ５１側へ反射光が戻るのをさらに効果的に防止することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、有効ＮＡを向上させて挿入損失を低減することができる。また、挿入損失を低減できることにより、高効率での光伝送が可能な光ファイバコリメータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る光ファイバコリメータアレイを示す平面図。
【図２】図１の平板マイクロレンズアレイを示す斜視図。
【図３】図１の平板マイクロレンズアレイの一実施例を示す側面図。
【図４】光ファイバコリメータアレイにおける作用長ＷＤと挿入損失の関係を示すグラフ。
【図５】図３に示す平板マイクロレンズアレイの干渉縞写真。
【図６】第２実施形態に係る光ファイバコリメータアレイを示す平面図。
【図７】図６の光ファイバコリメータアレイで平板マイクロレンズアレイの傾斜角θを変化させたときの、ＲＭＳの変化と反射戻り光の変化を示すグラフ。
【図８】第３実施形態に係る光ファイバコリメータアレイを示す斜視図。
【図９】図８の光ファイバコリメータアレイで光軸ズレ量Ｚを変化させたときの、反射戻り光とＲＭＳの変化を示すグラフ。
【図１０】第４実施形態に係る光ファイバコリメータアレイを示す斜視図。
【図１１】図１０の光ファイバコリメータアレイにおけるレンズ厚ｔとＮＡおよび焦点距離ｆとの相関を示すグラフ。
【図１２】従来の光ファイバコリメータアレイを示す平面図。
【図１３】比較例に係る平板マイクロレンズアレイを示す側面図。
【図１４】反射戻り光防止対策を施した従来の光ファイバコリメータアレイを示す側面図。
【符号の説明】
３１，３１Ａ，３１Ｂ…マイクロレンズとしての平板マイクロレンズアレイ、３２…透明基板としてのガラス基板、３２ａ…一側面（透明基板の両面の一方）、３２ｂ…他側面（透明基板の両面の他方）、３３，３３Ａ，３４，３４Ａ…マイクロレンズ素子、３３，３４…屈折率分布型マイクロレンズ素子、６０，７０，８０，９０…光ファイバコリメータとしての光ファイバコリメータアレイ、ｔ…レンズ厚、Ｃ，Ｃ´…光軸、Ｃ１…コア中心軸、Ｄ，Ｄ２，Ｄ３…レンズ径、ｆ…焦点距離、ＮＡ…開口数。
【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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