(57)【要約】  光学部品１０は、第１屈折率を有する第１材料で形成された、第１主面１６および第１主面１６とは反対側の第２主面１８を有する第１層１２と、第１屈折率と異なる第２屈折率を有する第２材料で形成された、第３主面２０および第３主面２０とは反対側の第４主面２２を有する第２層１４とを備え、第２主面１８と第３主面２０とが当接するように、第１層１２と第２層１４とを積層した光学部品である。第１層１２の第１主面１６にレンズ２４が形成され、第２層１４の第３主面２０にボルテックス形状２６が形成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１屈折率を有する第１材料で形成された、第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を有する第１層と、
前記第１屈折率と異なる第２屈折率を有する第２材料で形成された、第３主面および前記第３主面とは反対側の第４主面を有する第２層と、
を備え、前記第２主面と前記第３主面とが当接するように、前記第１層と前記第２層とを積層した光学部品であって、
前記第１層の前記第１主面にレンズが形成され、
前記第２層の前記第３主面にボルテックス形状が形成されることを特徴とする光学部品。
【請求項２】
第１屈折率を有する第１材料で形成された、第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を有する第１層と、
前記第１屈折率と異なる第２屈折率を有する第２材料で形成された、第３主面および前記第３主面とは反対側の第４主面を有する第２層と、
を備え、前記第２主面と前記第３主面とが当接するように、前記第１層と前記第２層とを積層した光学部品であって、
前記第１層の前記第１主面にボルテックス形状が形成され、
前記第２層の前記第３主面にレンズが形成されることを特徴とする光学部品。
【請求項３】
前記第２層の前記第４主面上に配置された光学素子をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学部品。
【請求項４】
第５主面および前記第５主面とは反対側の第６主面を有する基板をさらに備え、
前記第４主面と前記第５主面とが当接するように、前記基板上に前記第２層が配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の光学部品。
【請求項５】
前記基板の前記第６主面上に配置された光学素子をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の光学部品。
【請求項６】
前記光学素子は、レンズ、偏光子、波長板、位相板、プリズム、回折格子、フィルタ、ミラー、ハーフミラー、発光素子および受光素子の少なくとも一つであることを特徴とする請求項３または５に記載の光学部品。
【請求項７】
前記ボルテックス形状と前記レンズの組がアレイ状に配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光学部品。
【請求項８】
波長８５０ｎｍに対する前記第１屈折率と前記第２屈折率の屈折率差が０．１５以上であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光学部品。
【請求項９】
請求項１または２に記載の光学部品の製造方法であって、
前記第２層を成形するための第２層用型に前記第２材料を滴下する工程と、
前記第２材料を展開する工程と、
前記第２材料に光を照射して硬化させる工程と、
前記第２層用型を脱型して前記第２層を取り出す工程と、
前記第１層を成形するための第１層用型に前記第１材料を滴下する工程と、
前記第２層を前記第１層用型に貼り合わせて、前記第１材料を展開する工程と、
前記第１材料に光を照射して硬化させる工程と、
前記第１層用型を脱型して前記第１層と前記第２層の積層体を取り出す工程と、
を備えることを特徴とする光学部品の製造方法。
【請求項１０】
請求項１または２に記載の光学部品の製造方法であって、
前記第２層を成形するための第２層用型と共通型との間に前記第２材料を射出する工程と、
前記第２材料を冷却して硬化させる工程と、
前記第２層用型と前記共通型とを型開する工程と、
前記第１層を成形するための第１層用型と前記第２層が形成されている前記共通型との間に前記第１材料を射出する工程と、
前記第１材料を冷却して硬化させる工程と、
前記第１層用型と前記共通型とを型開して前記第１層と前記第２層の積層体を取り出す工程と、
を備えることを特徴とする光学部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットやクラウドの普及により、データ通信量が爆発的に増大している。一時的にデータを保管したり、インターネットへの接続を行なったりするデータセンター内でも、大容量のデータを高速でやり取りする必要がある。【０００３】
データセンター内のように短距離（数十ｍ〜数百ｍ）の伝送には、電気信号による通信も行われているが、高速化の点では光通信を行った方が有利である。短距離の光通信では、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）等の面発光型光源とマルチモードファイバとを組み合わせた、伝送速度が数ＧＨｚ〜１０ＧＨｚのシステムがすでに実現されている。【０００４】
マルチモードファイバは、光が通るコアがシングルモードファイバと比較して大きく設計されているため、コア内を多くのモードの光が伝送し、ＤＭＤ（Differential Modal Dispersion）が発生する可能性がある。ＤＭＤが発生すると光波形が劣化しやすくなるため伝送距離が制限される可能性がある。【０００５】
マルチモードファイバのＤＭＤを改善する方法として、光渦を発生させるボルテックス位相板（Vortex Phase Plate）を用いる方法が知られている（例えば特許文献１又は２）。通常、レーザから出射される光は、中心部の強度が高い基本ガウシアン状の光強度分布を有するが、この光をボルテックス位相板に通過させると、中心部分の強度が零又は低下したリング状の光強度分布を有する光に変換することができる。ボルテックス位相板とは、例えば、連続又は階段状の螺旋形状（ボルテックス形状）が、いずれかの主面に形成された板状の光学部品である。【０００６】
よく知られているように、マルチモードファイバは製造方法によってはコアの中心部分の屈折率分布が不安定となっている場合があり、これはＤＭＤを引き起こす要因となる（例えば特許文献１又は２）。そこで、レーザから出射した光を、ボルテックス位相板を透過させて、リング状の光強度分布を有する光に変換した後、マルチモードファイバに入射させる。こうすることにより、マルチモードファイバのコアの中心部分に直接入射する光が抑制されるうえ、いわゆる高次の伝搬モードが主体となってファイバ内を伝搬するので、ＤＭＤの発生を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−４６３１２号公報
【特許文献２】特開２０１６−９１０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、光源とマルチモードファイバとの間にボルテックス位相板を配置する場合、光軸を揃えるべき光学部品が増加することとなるため、ボルテックス位相板を配置しない場合と比較して光軸調整が難しくなる可能性がある。また、これらの組合せが複数あるようなアレイタイプの光学系においては、その調整がさらに難しくなる可能性もある。【０００９】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、光渦を発生させるような光学系において、光軸調整を容易とする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の光学部品は、第１屈折率を有する第１材料で形成された、第１主面および第１主面とは反対側の第２主面を有する第１層と、第１屈折率と異なる第２屈折率を有する第２材料で形成された、第３主面および第３主面とは反対側の第４主面を有する第２層と、を備え、第２主面と第３主面とが当接するように、第１層と第２層とを積層した光学部品である。第１層の第１主面にレンズが形成され、第２層の第３主面にボルテックス形状が形成される。ここで、ボルテックス形状とは、先述したように、連続又は階段状の螺旋形状を有し、レーザなどからの光を透過させたときに光渦を発生させるものである。【００１１】
本発明の別の態様もまた、光学部品である。この光学部品は、第１屈折率を有する第１材料で形成された、第１主面および第１主面とは反対側の第２主面を有する第１層と、第１屈折率と異なる第２屈折率を有する第２材料で形成された、第３主面および第３主面とは反対側の第４主面を有する第２層と、を備え、第２主面と第３主面とが当接するように、第１層と第２層とを積層した光学部品である。第１層の第１主面にボルテックス形状が形成され、第２層の第３主面にレンズが形成される。【００１２】
第２層の第４主面上に配置された光学素子をさらに備えてもよい。【００１３】
第５主面および第５主面とは反対側の第６主面を有する基板をさらに備え、第４主面と第５主面とが当接するように、基板上に第２層が配置されてもよい。【００１４】
基板の第６主面上に配置された光学素子をさらに備えてもよい。【００１５】
光学素子は、レンズ、偏光子、波長板、位相板、プリズム、回折格子、フィルタ、ミラー、ハーフミラー、発光素子および受光素子の少なくとも一つであってもよい。【００１６】
ボルテックス形状とレンズの組がアレイ状に配置されてもよい。【００１７】
波長８５０ｎｍに対する第１屈折率と第２屈折率の屈折率差が０．１５以上であってもよい。【００１８】
本発明のさらに別の態様は、上述の光学部品の製造方法である。この方法は、第２層を成形するための第２層用型に第２材料を滴下する工程と、第２材料を展開する工程と、第２材料に光を照射して硬化させる工程と、第２層用型を脱型して第２層を取り出す工程と、第１層を成形するための第１層用型に第１材料を滴下する工程と、第２層を第１層用型に貼り合わせて、第１材料を展開する工程と、第１材料に光を照射して硬化させる工程と、第１層用型を脱型して第１層と第２層の積層体を取り出す工程とを備える。【００１９】
本発明のさらに別の態様もまた、上述の光学部品の製造方法である。この方法は、第２層を成形するための第２層用型と共通型との間に第２材料を射出する工程と、第２材料を冷却して硬化させる工程と、第２層用型と共通型とを型開する工程と、第１層を成形するための第１層用型と第２層が形成されている共通型との間に第１材料を射出する工程と、第１材料を冷却して硬化させる工程と、第１層用型と共通型とを型開して第１層と第２層の積層体を取り出す工程とを備える。【００２０】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ボルテックス形状を備え、光渦を発生させるような光学系を用いて、レーザなどの光源とマルチモードファイバとを結合する場合において、それらの光軸調整を容易とする技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る光学部品を説明するための概略断面図である。
【図２】本実施形態に係る光学部品を用いた光モジュールの概略構成図である。
【図３】図３（ａ）および（ｂ）は、マルチモードファイバに入射する光の強度分布を説明するための図である。
【図４】光学部品に光学素子を組み合わせた実施形態を示す図である。
【図５】図５（ａ）および（ｂ）は、本発明の別の実施形態に係る光学部品を説明するための図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態に係る光学部品を説明するための概略断面図である。
【図７】光学部品に光学素子を組み合わせた実施形態を示す図である。
【図８】図８（ａ）および（ｂ）は、本発明のさらに別の実施形態に係る光学部品を説明するための図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、光学部品の基板に金属配線を形成した実施形態を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）および（ｂ）は、金属配線を形成した光学部品の基板に、ＶＣＳＥＬアレイ基板をフリップチップ実装した実施形態を示す図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施形態に係る光学部品を説明するための概略断面図である。
【図１２】図１２（ａ）〜（ｄ）は、レンズとボルテックス形状を成形するための金型を説明するための図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｄ）は、レンズのレプリカ型の作製工程を説明するための図である。
【図１４】図１４（ａ）および（ｂ）は、ボルテックス形状のレプリカ型の作製工程を説明するための図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｄ）は、アレイ状のボルテックス形状を基板上に作製する工程を説明するための図である。
【図１６】図１６（ａ）〜（ｄ）は、レンズアレイを基板上に作製する工程を説明するための図である。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｃ）は、ボルテックス形状とレンズの位置決めのためのターゲットを説明するための図である。
【図１８】成形機の構成を説明するための概略図である。
【図１９】アレイ状のボルテックス形状の成形を説明するための図である。
【図２０】アレイ状のボルテックス形状を成形するために樹脂射出を行っている様子を示す図である。
【図２１】成形品の取り出しの様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態に係る光学部品について説明する。この光学部品は、ボルテックス形状を含む光学部品である。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る光学部品１０を説明するための概略断面図である。図１に示すように、光学部品１０は、第１層１２と第２層１４を積層したものである。第１層１２は、第１屈折率ｎ１を有する第１材料で形成される。第２層１４は、第２屈折率ｎ２を有する第２材料で形成される。第１屈折率ｎ１と第２屈折率ｎ２は互いに異なる（すなわちｎ１≠ｎ２）。
【００２５】
例えば、第１層１２を第１屈折率ｎ１＝１．７程度の高屈折率材料で形成し、第２層１４を第２屈折率ｎ２＝１．４程度の低屈折率材料で形成してよい。あるいは、第１層１２を第１屈折率ｎ１＝１．４程度の低屈折率材料で形成し、第２層１４を第２屈折率ｎ２＝１．７程度の高屈折率材料で形成してもよい。両者の屈折率差Δｎ＝ｎ２−ｎ１の絶対値が大きいほど、両者を積層した光学系を形成したとき、屈折力の大きい光学系が得られたり、後述するボルテックス形状の段差（ボルテックス形状の最も高い所と最も低い所との差）を低くすることができる。第１層１２と第２層１４を構成する材料としては、例えば樹脂またはガラスを使用できる。ガラスの原料として、薄膜化が容易で微細構造が形成できるゾルゲル材料を使用してもよい。なお、ボルテックス形状の最大の段差をｄ、ボルテックス形状における一周内の段差ｄの形状の繰り返し数（サイクル数）であるチャージ数をｍｃ、使用波長をλとしたとき、位相差ΔΦはΔΦ＝２π×ｍｃ×Δｎ×ｄ／λで表される。
【００２６】
第１層１２は、第１主面１６と、第１主面１６とは反対側の第２主面１８とを有する。第２層１４は、第３主面２０と、第３主面２０とは反対側の第４主面２２とを有する。第１層１２と第２層１４は、第２主面１８と第３主面２０とが当接するように積層される。
【００２７】
第１層１２の第１主面１６には、レンズ２４が形成される。図１に示すレンズ２４は球面凸レンズであるが、球面凹レンズ、非球面凸レンズ、非球面凹レンズ、回折型レンズ（フレネルレンズ）等とすることもできる。
【００２８】
第２層１４の第３主面２０には、ボルテックス形状２６が形成される。ボルテックス形状２６は、光軸の回りに連続又は階段状に形成された螺旋形状の光学要素であり、光渦の発生すなわち、円周方向に位相差を持った光に変換する機能を有する。そのような機能は、渦巻状の回折格子、あるいは円周方向で所定の回転角度毎に有効屈折率を変えた素子などでも実現できる。有効屈折率を変更する方法としては、材料に使用する波長以下の空孔を多数形成し、穴の密度を変えることで有効屈折率を変える方法がある。これらに限られないが、いずれかの素子を使うことで、入射光は円周方向に位相差を持った光に変換され、その光をレンズで集光したときの光強度分布はリング状となるような効果が得られる。ボルテックス形状２６としては、与えるべき位相差に応じてさまざまな種類を用いることができる。例えば、一周で２πの位相差を与えるもの（チャージ数ｍｃ＝１、位相差ΔΦ＝２π）、３６０度連続して位相差を与えるもの、１８０度で２πずつ位相差を与えるもの（ｍｃ＝２、ΔΦ＝２π×２）、１２０度で２πずつ位相差を与えるもの（ｍｃ＝３、ΔΦ＝２π×３）などを用いることができる。また位相差ΔΦが２π×ｍの場合に、中心軸に対し最も軸対称性の高いリング状の光強度分布を有する光ビームが得られる。ｍは整数であり、ボルテックス形状又はボルテックス位相板の次数である。なお、図１に示したボルテックス形状２６は、ボルテックス形状の断面形状を模式的に示したものであることを留意されたい。
【００２９】
第１層１２の第１主面１６に形成されるレンズ２４と、第２層１４の第３主面２０に形成されるボルテックス形状２６とは、それらの光軸が一致するように配置される（一致した光軸を光学部品１０の光軸Ａｘとする）。
【００３０】
第２層１４の第３主面２０は、当接する第２主面１８の形状に対応した形状とされる。また、第２層１４の第４主面２２は、平面状に形成されている。
【００３１】
図２は、本実施形態に係る光学部品１０を用いた光モジュール３０の概略構成図である。図２に示すように、光モジュール３０は、光源３２と、光学部品１０と、集光レンズ３４と、マルチモードファイバ３６とを備える。図２は、光源３２から出射された光が、光学部品１０および集光レンズ３４を介してマルチモードファイバ３６のコア３６ａに入射する様子を示している。
【００３２】
光源３２としては、ＶＣＳＥＬ等の面発光レーザや、レーザダイオードを利用できる。光学部品１０は、第２層１４の第４主面２２が光源３２からの光を受ける入射面となるよう配置される。第４主面２２から第２層１４内に入射した光は、ボルテックス形状２６によって、リング状の光強度分布を有する光に変換される。この光は、第１層１２に入射し、第１層１２の第１主面１６に形成されたレンズ２４により平行光とされて出射される。この平行光は、光学部品１０と対向するように配置された集光レンズ３４により集光され、マルチモードファイバ３６のコア３６ａに入射する。なお、図２は、実施形態の一例であって、他の構成によっても同様な機能が実現できる。たとえば、光学部品１０のレンズ面を光源３２の側に向けてもよく、また、光学部品１０と集光レンズ３４を入れ替えてもよい。またコリメート光がボルテックス形状に入射するような光学系としてもよい。
【００３３】
図３（ａ）および（ｂ）は、マルチモードファイバに入射する光の強度分布を説明するための図である。図３（ａ）は、比較例として、図２に示す光モジュール３０において光学部品１０に代えて単なるコリメートレンズを配置した場合の、マルチモードファイバに入射する光の強度分布を示す。図３（ｂ）は、本実施形態に係る光学部品１０を用いた場合の、マルチモードファイバに入射する光の強度分布を示す。
【００３４】
図３（ａ）および（ｂ）を比較して分かるように、本実施形態に係る光学部品１０を用いることにより、中心部分の強度が低下したリング状の強度分布を有する光をマルチモードファイバ３６のコア３６ａに入射することができる。これにより、屈折率が不安定になっている可能性があるコア３６ａの中心部分に入射する光が無くなるので、ＤＭＤの発生が抑制され、結果として光モジュール３０の光伝送性能を向上することができる。
【００３５】
光モジュールにおいて、ボルテックス位相板と他の２つのレンズ（すなわちコリメートレンズおよび集光レンズ）を別々の部品として作成し、それらを組み合わせて使用する場合、ボルテックス位相板と他のレンズの光軸を揃えて固定する必要がある。しかしながら、当然ながら光学部品の数が増えると光軸調整は難しくなる。光源からの光をリング状の光とするボルテックス形状２６と、ボルテックス形状２６を通過した光を平行光とするレンズ２４とを一体化することで、光学部品１０をあたかも通常の一枚のレンズと同様に扱うことができる。すなわち、光学部品１０と集光レンズ３４の２つの部品の光軸を揃えればよいので、ボルテックス位相板と他の２つのレンズの光軸調整を行う場合と比較して、光軸調整が容易となる。このことは、複数のアレイ状の積層された光学部品を取り扱うときにさらに有利になる。
【００３６】
本実施形態に係る光学部品１０において、光学部品の外部の媒質（例えば空気）に露出した表面、すなわち、第１主面１６（レンズ２４）および第４主面２２には、反射損失を抑えるために反射防止層が形成されてもよい。反射防止層は、例えば、誘電体多層膜や数十〜数百ナノメータの周期を有する微細構造、外部の媒質の屈折率と光学素子の屈折率の中間の屈折率を持つマッチング層などで形成されてよい。
【００３７】
図４は、光学部品１０に光学素子４０を組み合わせた実施形態を示す。上述したように、第２層１４の第４主面２２は平面状に形成されている。従って、第４主面２２には自由に他の光学素子４０を配置することができる。第４主面２２に配置される光学素子４０は、例えば、レンズ、偏光子、波長板、位相板、プリズム、回折格子、フィルタ、ミラー、ハーフミラー、発光素子および受光素子などであってよい。第４主面２２は平面状であるので、面上に電極や金属配線を形成したうえで、発光素子や受光素子を実装することができ、この点においても有利である。このように第４主面２２に光学素子４０を配置することにより、光学素子４０と光学部品１０を別々に離間して配置する場合よりも光モジュールの省スペース化を図ることができる。また、光学素子４０を光学部品１０に直接固定しているので、光学素子４０と光学部品１０の光軸調整が容易であり、また固定後の光軸ずれも発生しにくいという利点もある。
【００３８】
図５（ａ）および（ｂ）は、本発明の別の実施形態に係る光学部品２００を説明するための図である。図５（ａ）は上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００３９】
図２に示す実施形態では、１本のマルチモードファイバ３６に光を入射する場合を説明したが、複数のマルチモードファイバ３６を並べて空間的な多重化を行う場合は、図５（ａ）および（ｂ）に示すような、光軸が一致したレンズ２２４およびボルテックス形状２２６の組をアレイ状に配置した光学部品２００と、集光レンズ３４（図２参照）のアレイを使用する。
【００４０】
光学部品２００は、第１主面２１６に複数のレンズ２２４がアレイ状（一列）に形成された第１層２１２と、第３主面２２０に複数のボルテックス形状２２６がアレイ状（一列）に形成された第２層２１４とが、第２主面２１８と第３主面２２０とが当接するように積層されたものである。第２層２１４の第４主面２２２は、平面状に形成されている。第１層２１２は第１屈折率ｎ１を有する第１材料で形成され、第２層２１４は第２屈折率ｎ２を有する第２材料で形成される。第１屈折率ｎ１と第２屈折率ｎ２は互いに異なる（すなわちｎ１≠ｎ２）。
【００４１】
本実施形態に係る光学部品２００を用いる場合も、光学部品２００と集光レンズ３４のアレイとを光軸調整すればよいため、アレイ状のボルテックス形状と他の２つのレンズアレイを光軸調整する場合と比較して、光軸調整を遙かに容易に行うことができる。
【００４２】
図６は、本発明のさらに別の実施形態に係る光学部品５０を説明するための概略断面図である。図６に示すように、光学部品５０は、基板５２をさらに備え、該基板５２上に図１で説明した第１層１２と第２層１４の積層体を配置した構成を有する。基板５２は樹脂やガラスで形成された平板状の部材であり、第５主面５４および該第５主面５４とは反対側の第６主面５６を有する。第１層１２と第２層１４の積層体は、第２層１４の第４主面２２が基板５２の第５主面５４に当接するように配置される。このように形成された光学部品５０も、上述の光学部品と同様に、光モジュールを組み立てる際に光軸調整が容易となる。基板５２は、使用波長（例えば８５０ｎｍ）において透明な誘電体基板が使用される。例えばシクロオレフィン等の透明樹脂やガラス等が基板５２として使用される。
【００４３】
図７は、光学部品５０に光学素子６０を組み合わせた実施形態を示す。基板５２の第６主面５６は平面状である。従って、基板５２の第６主面５６には自由に他の光学素子６０を配置することができる。第６主面５６に配置される光学素子６０は、例えば、レンズ、偏光子、波長板、位相板、プリズム、回折格子、フィルタ、ミラー、ハーフミラー、発光素子および受光素子などであってよい。第６主面５６は、面上に電極や金属配線を予め形成したうえで、発光素子や受光素子を実装することができ、さらに基板５２としてＴＧＶ（Through Glass Via）を有する透明ガラス基板を含むインターポーザ等を用いることによって、さらに集積性を向上させることも可能であり、これらの点においても有利である。
【００４４】
図８（ａ）および（ｂ）は、本発明のさらに別の実施形態に係る光学部品３００を説明するための図である。図８（ａ）は上面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００４５】
図８（ｂ）に示すように、本実施形態に係る光学部品３００は、基板２５２をさらに備え、該基板２５２上に図５（ａ）および（ｂ）で説明した第１層２１２と第２層２１４の積層体を配置した構成を有する。基板２５２は樹脂やガラスで形成された平板状の部材であり、第５主面２５４および該第５主面２５４とは反対側の第６主面２５６を有する。第１層２１２と第２層２１４の積層体は、第２層２１４の第４主面２２２が基板２５２の第５主面２５４に当接するように配置される。このように形成された光学部品３００も、上述の光学部品と同様に、光モジュールを組み立てる際に光軸調整が容易となる。基板２５２は、使用波長（例えば８５０ｎｍ）において透明な誘電体基板が使用される。例えばシクロオレフィン等の透明樹脂やガラス等が基板２５２として使用される。
【００４６】
図９（ａ）〜（ｃ）は、光学部品３００の基板２５２に金属配線３１０を形成した実施形態を示す。図９（ａ）は上面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ断面図であり、図９（ｃ）は下面図である。図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板２５２の第６主面２５６には、レンズ２２４およびボルテックス形状２２６の組ごとに金属配線３１０が形成されている。
【００４７】
図１０（ａ）および（ｂ）は、金属配線３１０を形成した光学部品３００の基板２５２に、ＶＣＳＥＬアレイ３２０をフリップチップ実装した実施形態を示す。図１０（ａ）はレンズ等の配列方向に直交する面で切断した断面図であり、図１０（ｂ）はレンズ等の配列方向に平行な面で切断した断面図である。
【００４８】
ＶＣＳＥＬアレイ３２０は、基板３２２に複数のＶＣＳＥＬ３２４をアレイ状（一列）に形成したものである。レンズ２２４およびボルテックス形状２２６の組ごとに一つのＶＣＳＥＬ３２４が配置される。図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、基板３２２に形成された金属配線３２６が、半田バンプ３２８により光学部品３００の基板２５２に形成された金属配線３１０に接続される。このように光学部品３００に直接ＶＣＳＥＬアレイ３２０を実装することにより、集積性が向上され、光モジュールの省スペース化を図ることができる。また、ＶＣＳＥＬアレイ３２０を光学部品３００に直接固定しているので、ＶＣＳＥＬアレイ３２０と光学部品３００の光軸調整が容易であり、また固定後の光軸ずれも発生しにくい。
【００４９】
図１１は、本発明のさらに別の実施形態に係る光学部品７０を説明するための概略断面図である。図１１に示すように、本実施形態に係る光学部品７０も、図１に示す光学部品１０と同様に、第１屈折率ｎ１を有する第１材料で形成された第１層７２と、第２屈折率ｎ２を有する第２材料で形成された第２層７４とを積層したものである。第１屈折率ｎ１と第２屈折率ｎ２は互いに異なる（すなわちｎ１≠ｎ２）。
【００５０】
第１層７２は、第１主面７６と、第１主面７６とは反対側の第２主面７８とを有する。第２層７４は、第３主面８０と、第３主面８０とは反対側の第４主面８２とを有する。第１層７２と第２層７４は、第２主面７８と第３主面８０とが当接するように積層される。
【００５１】
本実施形態に係る光学部品７０は、第１層７２の第１主面７６にボルテックス形状８６が形成され、第２層７４の第３主面８０にレンズ８４が形成される点が、図１に示す光学部品１０と異なる。図１１に示すレンズ８４は球面凸レンズであるが、球面凹レンズ、非球面凸レンズ、非球面凹レンズ、回折型レンズ（フレネルレンズ）等とすることもできる。
【００５２】
本実施形態に係る光学部品７０のように、光学部品の外部の媒質（例えば空気）に露出した第１主面７６にボルテックス形状８６を形成し、光学部品７０内部の第１層７２と第２層７４の界面にレンズ８４を形成した場合も、図２に示すような光モジュールに適用することができる。この光学部品７０も、光源からの光を平行光にするレンズ８４と、レンズ８４を通過した平行光をリング状の光とするボルテックス形状８６とを一体化することで、光学部品７０をあたかも通常のレンズと同様に扱うことができるので、光モジュールの組み立てにおいて光軸調整が容易となる。なお、このときのボルテックス形状８６の位相差ΔΦは、空気の屈折率を１とすると、ΔΦ＝２π×ｍｃ×（ｎ１−１）×ｄ／λで表される。
【００５３】
本実施形態に係る光学部品７０においても、第２層７４の第４主面８２は平面状に形成されているので、第４主面８２には自由に他の光学素子を配置することができる。第４主面８２に配置される光学素子は、例えば、レンズ、偏光子、波長板、位相板、プリズム、回折格子、フィルタ、ミラー、ハーフミラー、発光素子および受光素子などであってよく、平面状の主面を備えることの有利な点は先に述べた通りである。
【００５４】
次に、上記のような光学部品の製造方法について説明する。ここでは代表的な２つの製造方法を説明する。
【００５５】
（１）２Ｐ（Photo Polymerization）成形
２Ｐ成形とは、紫外線硬化による成形であり、光学的に設計された形状を持つ型（モールド）に紫外線硬化性樹脂を充填し、基板となるガラス、アクリル等の板と貼り合わせ、紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、脱型して基板上に型の反転形状を転写成形する成形法である。
【００５６】
ここでは、下地材料としてガラス基板を用いて、２Ｐ成形方法で第１層の第１主面に高屈折率材料でレンズを形成し、第２層の第３主面に低屈折率材料でボルテックス形状を形成する場合を説明する。
【００５７】
図１２（ａ）〜（ｄ）は、レンズとボルテックス形状を成形するための金型を説明するための図である。図１２（ａ）はレンズ用金型９０の概略斜視図である。図１２（ｂ）はレンズ用金型９０の概略断面図である。図１２（ｃ）はボルテックス形状用金型９１の概略斜視図である。図１２（ｄ）はボルテックス形状用金型９１の概略断面図である。
【００５８】
レンズ用金型９０とボルテックス形状用金型９１は、ステンレス鋼材９３，９４の表面に無電解ニッケル−リンめっき９５，９６を施した金型母材に、超精密ナノ加工機により、超精密切削工具を用いて加工形成してマスター型として作製する。これらの金属製金型であるマスター型を２Ｐ成形用の型として使用することもできるが、金属製であるマスター型は紫外線を透過させることができないため、２Ｐ成形の基板が紫外線を透過させる材質である制限が生じることや、取り扱い時の破損等の防止の観点からマスター型を保護する効果を含めて、２Ｐ成形でガラス基板にレプリカ型を成形して２Ｐ成形用の型として使用するのが望ましい。
【００５９】
まず、レンズのレプリカ型の作製について説明する。レプリカ型を作製するのに使用する紫外線硬化性樹脂は、本発明の光学部品を成形するのに使用する紫外線硬化性樹脂と同じである必要はなく、レプリカ型として繰り返し転写性や形状（寸法）安定性に優れた（例えば硬化収縮の少ない）紫外線硬化性樹脂を使用する。
【００６０】
レンズのマスター型は、レンズ成形時の材料である紫外線硬化性樹脂の屈折率１．７０（波長８５０ｎｍ）を用い、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）から放射角２０°で発光された光を平行光にする仕様に基づいて設計した。具体的には、レンズ径＝φ０．２４ｍｍ、レンズ高さ（ｓａｇ）＝０．０３３ｍｍのレンズを８個０．２５ｍｍ間隔で配置した非球面レンズアレイを透明基板に形成するようなものとした。
【００６１】
図１３（ａ）〜（ｄ）は、レンズのレプリカ型の作製工程を説明するための図である。まず、図１３（ａ）に示すように、レンズ形状の反転形状（凹形状）が形成されているレンズ用金型９０をマスター型として使用し、２Ｐ成形によりガラス基板９７上に紫外線硬化性樹脂９８で凸形状のレプリカ型を形成する。図１３（ｂ）は、完成した凸形状のレプリカ型９９を示す。次に、図１３（ｃ）に示すように、凸形状のレプリカ型９９を用いて、２Ｐ成形によりガラス基板１００上に紫外線硬化性樹脂１０１で凹形状のレプリカ型を形成する。図１３（ｄ）は、完成した凹形状のレプリカ型１０２を示す。
【００６２】
次に、ボルテックス形状のレプリカ型の作製について説明する。その前に、望ましいボルテックス形状の形態について述べる。ボルテックス形状とレンズとの組合せによって得られる光ビームは、ボルテックス形状の位相差ΔΦが２π×ｍ（ｍはボルテックス形状の次数であり整数である。）のときに、軸対称性の高いリング状の光強度分布が得られる。さらに、ボルテックス形状の位相差の絶対値が大きいほど、光ビームのビーム径（リング径）が大きくなる。
【００６３】
一方で、マルチモードファイバに光ビームを入射させる際に適切なビーム径が求められる。ビーム径が小さすぎると、マルチモードファイバのコアの中心部の影響を受けやすくなり、ＤＭＤを抑制することが難しくなる。ビーム径が大きすぎると、マルチモードファイバのいわゆる高次の伝搬モードに結合しやすくなり曲げ損失などが起こりやすくなる。従って、本実施形態においては、マルチモードファイバに入射させる光のビーム径を１０〜５０μｍとした。ここでビーム径は、光強度分布の最大値の１／ｅ２の強度における最大の径を指し、リング状のビームの場合はリング径に対応するものである。
【００６４】
ボルテックス形状とともに用いられるレンズの焦点距離や回折限界をはじめとする性能を踏まえたうえで、ボルテックス形状の次数ｍを６、すなわち位相差ΔΦ＝２π×６となるようなボルテックス形状を考えた。
【００６５】
ボルテックス形状は、その成形に使用する紫外線硬化性樹脂の屈折率１．３７（波長８５０ｎｍ）と、ボルテックス形状の上の層（すなわち第１層）に形成するレンズ用の紫外線硬化性樹脂の屈折率との差Δｎの絶対値である０．３３に基づいて設計した。次数の正負やΔｎの正負によって、ボルテックス形状の位相差ΔΦが正又は負になることがあるが、位相差の絶対値が同一で正負の符号が逆な場合は、光渦の旋回方向が逆になるだけで、得られる光強度分布に差異は生じないので、ここではボルテックス形状の位相差を考えるとき、各項の符号は正（＋）とした。
【００６６】
以上の検討から、ボルテックスの形状について、具体的には、チャージ数ｍｃ＝１とし、径＝φ０．２４ｍｍ、最大の段差ｄ＝０．０１５ｍｍのボルテックス形状を８個０．２５ｍｍ間隔で配置して作製した。
【００６７】
ボルテックス形状の型はマスター型とそれからのレプリカ型とで形状が反転しても、位相差の絶対値は同じであることから、本発明の光学部品を形成する２Ｐ成形用の型には１回転写成形、２回転写成形どちらのレプリカ型でも使用できる。偶数回か奇数回転写のいずれかしか使えない通常の凸や凹レンズの場合より、金型の使用効率が高くなり、様々な要因で金型が損壊したときでも、バックアップを得やすい点は好ましいといえる。
【００６８】
図１４（ａ）および（ｂ）は、ボルテックス形状のレプリカ型の作製工程を説明するための図である。図１４（ａ）に示すように、ボルテックス形状用金型９１をマスター型として使用し、２Ｐ成形によりガラス基板１０３上に紫外線硬化性樹脂１０４で凸形状のレプリカ型を形成する。図１４（ｂ）は、完成した凸形状のレプリカ型１０５を示す。
【００６９】
レンズ用金型９０およびボルテックス形状用金型９１並びに本発明の光学部品を２Ｐ成形するためのレプリカ型には、紫外線硬化性樹脂の硬化後の脱型を容易にするために離型剤のコーティングを施すことが望ましい。離型剤はフッ素系のコーティング剤で０．１％に希釈し、スピンコートやディップコートで塗布した後、６０℃、９０％ＲＨ程度の高温高湿雰囲気で１時間以上保持してコーティングする。
【００７０】
ガラス基板としては、使用する波長（例えば８５０ｎｍ）で透明であればよく、ソーダライムガラスやホウケイ酸ガラスをはじめ実質的にアルカリ金属元素を含まない無アルカリガラスも使用できる。特に、ＴＧＶを有するガラス基板を含むインターポーザを基板として使用した場合において、ガラス基板がアルカリ金属元素を含むと高周波特性が悪くなるので、基板として無アルカリガラスを使用することはメリットがある。ガラス表面にはボルテックス形状を成形する紫外線硬化性樹脂との接着性（強度）の改良のためにシランカップリング剤の表面処理を実施することが望ましい。
【００７１】
図１５（ａ）〜（ｄ）は、アレイ状のボルテックス形状の作製工程を説明するための図である。まず、図１５（ａ）に示すように、ボルテックス形状の成形用のレプリカ型１０５に紫外線硬化性樹脂１１１を滴下する。紫外線硬化性樹脂１１１は、アクリレート系の紫外線硬化性樹脂で、硬化後の屈折率が１．３７（波長８５０ｎｍ）、光透過率９０％の特性を有するものを用いることができる。
【００７２】
次に、図１５（ｂ）に示すように、ガラス基板１０７を貼り合わせて、目標とする樹脂展開エリアまで紫外線硬化性樹脂１１１を展開させる。ガラス基板１０７とボルテックス形状との位置あわせが必要な（例えばガラス基板１０７に開口が設けられている）場合、顕微鏡等でガラス基板１０７のターゲットとレプリカ型１０５のターゲットとの位置あわせを行いながら紫外線硬化性樹脂１１１を展開させる。
【００７３】
次に、図１５（ｃ）に示すように、紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂１１１を硬化させる。紫外線硬化性樹脂１１１の硬化後、図１５（ｄ）に示すようにレプリカ型１０５の脱型を行い、ボルテックス形状成形層１０６を得る。
【００７４】
図１６（ａ）〜（ｄ）は、レンズアレイの作製工程を説明するための図である。図１５（ａ）〜（ｄ）の工程で作製されたボルテックス形状成形層１０６（図１に示す光学部品１０の第２層１４）の上にレンズ成形層（図１に示す光学部品１０の第１層１２）を成形する。
【００７５】
まず、図１６（ａ）に示すように、レンズ成形用のレプリカ型１０２に紫外線硬化性樹脂１１２を滴下する。紫外線硬化性樹脂１１２としては、アクリレート系の紫外線硬化性樹脂を用いることができる。紫外線硬化性樹脂は、硬化後屈折率が１．７０（波長８５０ｎｍ）、光透過率８０％の特性を有するものであってよい。
【００７６】
次に、図１６（ｂ）に示すように、ガラス基板１０７上に成形されたボルテックス形状成形層１０６と貼り合わせて、ボルテックス形状成形層１０６のターゲットとレンズ成形用のレプリカ型１０２のターゲットとの位置あわせを行いながら、目標とする樹脂展開エリアまで紫外線硬化性樹脂１１２を展開させる。このとき、ボルテックス形状とレンズとを位置あわせするために、ボルテックス形状とレンズとのターゲット同士の位置あわせを行いながら紫外線硬化性樹脂１１２の展開を行う。
【００７７】
次に、図１６（ｃ）に示すように、紫外線を照射して硬化させる。紫外線硬化性樹脂１１２の硬化後、図１６（ｄ）に示すようにレプリカ型１０２の脱型を行い、レンズ成形層１０８を得る。
【００７８】
図１７（ａ）〜（ｃ）は、ボルテックス形状とレンズの位置決めのためのターゲットを説明するための図である。図１７（ａ）は、ボルテックス形状成形層１０６のターゲットである。図１７（ｂ）は、レンズ成形用のレプリカ型１０２のターゲットである。図１７（ｃ）は、ボルテックス形状成形層１０６のターゲットとレンズ成形用のレプリカ型１０２のターゲットとが合致した状態を示す。
【００７９】
上記説明では、第１層の第１主面にレンズを形成し、第２層の第３主面にボルテックス形状を形成した光学部品の製造方法について説明したが、第１層の第１主面にボルテックス形状を形成し、第２層の第３主面にレンズを形成した光学部品についても同様の方法で製造することができる。
【００８０】
（２）射出成形（２色成形）
次に、射出成形（２色成形）について説明する。ここでは、第１層の第１主面に低屈折率材料でボルテックス形状を形成し、第２層の第３主面に高屈折率材料でレンズを形成する場合を説明する。本実施例では、下地材料（基板）は用いない。
【００８１】
射出成形においても、図１２（ａ）〜（ｄ）で説明したのと同様の金型（レンズ用金型９０およびボルテックス形状用金型９１）を用いる。
【００８２】
２色成形では、１次側（１次成形材料）は、２次側（２次成形材料）よりも射出成形温度（樹脂溶融温度）が高い材料を使用する。ここでは、１次側でポリカーボネート（ＰＣ）を使用してレンズを成形し、２次側でアクリル（ＰＭＭＡ）を使用してボルテックス形状を成形する。
【００８３】
レンズの型（駒）は、例えば、レンズ成形時の材料であるＰＣの屈折率１．６４（波長８５０ｎｍ）を用い、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）から放射角２０°で発光された光を平行光にする仕様に基づいて設計した。具体的には、レンズ径＝φ０．２４ｍｍ、レンズ高さ（ｓａｇ）＝０．０３５ｍｍのレンズを８個０．２５ｍｍ間隔で配置した非球面レンズアレイを形成するようなものとした。
【００８４】
ボルテックス形状の型（駒）は、２Ｐ成形の場合と同様に、使用波長λ＝８５０ｎｍにおいて、２π×６の位相差が生じるような形状とし、ボルテックス形状の成形に使用するＰＭＭＡの屈折率１．４９（波長８５０ｎｍ）と、ボルテックス形状の下の層（すなわち第２層）に形成するレンズ用のＰＣの屈折率１．６４との差Δｎの絶対値である０．１５に基づいて設計した。具体的には、チャージ数ｍｃ＝１とし、径＝φ０．２４ｍｍ、最大の段差ｄ＝０．０３４ｍｍのボルテックス形状を８個０．２５ｍｍ間隔で配置して作製した。
【００８５】
図１８は、成形機１４０の構成を説明するための概略図である。図１８に示すように、固定側のキャビティにレンズ用金型９０（駒）およびボルテックス形状用金型９１（駒）を配し、可動側のロータリーテーブル１４１にコアとして共通金型１４２が搭載されている。
【００８６】
まず、図１８に示すように、１次成形部に共通金型１４２を配置し、レンズの成形を行う。射出成形機付属の射出ユニット（図示せず）を用いて、１次側スプルー１４５を介してレンズ用金型９０と共通金型１４２との間に樹脂を射出する。
【００８７】
図１９は、ボルテックス形状の成形を説明するための図である。図１９に示すように、型開後、ロータリーテーブル１４１を回転させ、レンズが形成されている共通金型１４２を２次成形部に移動させる。
【００８８】
図２０は、ボルテックス形状を成形するために樹脂射出を行っている様子を示す図である。金型に取り付けた射出ユニット（図示せず）を用いて、２次側スプルー１４６を介してボルテックス形状用金型９１と共通金型１４２との間に樹脂を射出する。
【００８９】
図２１は、成形品の取り出しの様子を示す図である。型開き後、成形品１５０を取り出して本発明の光学部品が得られる。
【００９０】
上記説明では、第１層の第１主面にボルテックス形状を形成し、第２層の第３主面にレンズを形成した光学部品の製造方法について説明したが、第１層の第１主面にレンズを形成し、第２層の第３主面にボルテックス形状を形成した光学部品についても同様の方法で製造することができる。
【００９１】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００９２】
１０、５０，７０，２００，３００  光学部品、  １２，７２，２１２  第１層、  １４，７４，２１４  第２層、  １６，７６，２１６  第１主面、  １８，７８，２１８  第２主面、  ２０，８０，２２０  第３主面、  ２２，８２，２２２  第４主面、  ２４，８４，２２４  レンズ、  ２６，８６，２２６  ボルテックス形状、  ３０  光モジュール、  ３２  光源、  ３４  集光レンズ、  ３６  マルチモードファイバ、  ４０，６０  光学素子、  ５２，２５２，３２２  基板、  ５４，２５４  第５主面、  ５６，２５６  第６主面、  ９０  レンズ用金型、  ９１  ボルテックス形状用金型、  ９３，９４  ステンレス鋼材、  ９５，９６  無電解ニッケル−リンめっき、  ９７，１００，１０３，１０７  ガラス基板、  ９８，１０１，１０４，１１１，１１２  紫外線硬化性樹脂、  ９９，１０２，１０５  レプリカ型、  １０６  ボルテックス形状成形層、  １０８  レンズ成形層、  １４０  成形機、  １４１  ロータリーテーブル、  １４２  共通金型、  １４５  １次側スプルー、  １４６  ２次側スプルー、  １５０  成形品、  ３１０，３２６  金属配線、  ３２０  ＶＣＳＥＬアレイ、  ３２４  ＶＣＳＥＬ、  ３２８  半田バンプ。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、マルチモードファイバを用いた光通信に利用できる。
【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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【国際調査報告】
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