(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板に形成されたＶ溝に当接される当接部を有する微小なレンズ素子への成膜方法であって，
前記レンズ素子の側面のうち，少なくとも前記Ｖ溝に当接される当接部が成膜されないように，前記レンズ素子の被成膜面の法線方向と，成膜源と前記被成膜面とを結ぶ線の方向と，が異なるように配置して成膜することを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記レンズ素子は，
前記被成膜面を構成するレンズ部と，
前記レンズ部と接続され水平方向に延設された取扱部と，
前記取扱部から突出形成され，内部に前記レンズ部の少なくとも一部が配置される張出部と，
を有し，
前記張出部が，前記Ｖ溝に当接する前記当接部を有することを特徴とする，請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記張出部が形成された前記取扱部の下面と，前記張出部の外周面とには，成膜されないことを特徴とする，請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】
光学基板に形成されたレンズ部を有し，支持基板に形成されたＶ溝に実装されるレンズ素子であって，
前記レンズ素子の前記レンズ部形成面には，請求項１に記載の成膜方法により膜が形成されており，
前記レンズ部形成面に対する側面で且つ実装時に前記支持基板の前記Ｖ溝に接する部分には，前記膜が形成されていないことを特徴とする，レンズ素子。
【請求項５】
前記レンズ素子は，
前記レンズ部と接続され水平方向に延設された取扱部と，
前記取扱部から突出形成され，内部に前記レンズ部の少なくとも一部が配置される張出部と，
を有し，
前記張出部が，前記Ｖ溝に当接する前記当接部を有することを特徴とする，請求項４に記載のレンズ素子。
【請求項６】
前記張出部が形成された前記取扱部の下面と，前記張出部の外周面とには，膜が形成されないことを特徴とする，請求項５に記載のレンズ素子。
【請求項７】
前記膜は反射防止膜であることを特徴とする，請求項４〜６のいずれかに記載のレンズ素子。
【請求項８】
前記光学基板はシリコン結晶基板からなることを特徴とする，請求項４〜７のいずれかに記載のレンズ素子。
【請求項９】
微小なレンズ素子と，前記レンズ素子が実装されるＶ溝が形成された支持基板と，を有するレンズ素子を用いたモジュールであって，
前記レンズ素子が，請求項４〜８のいずれかに記載のレンズ素子であることを特徴とする，モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，光通信機器に適用するのに好適なレンズ素子，該レンズ素子への成膜方法，該レンズ素子を用いたモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野において，レーザダイオードや光ファイバとの光結合にマイクロレンズ等の微小光学素子が用いられている。このような光学素子の表面には，用途に応じて反射防止膜，高反射膜，フィルタ等の種々の光学的コーティング膜が成膜される。反射防止膜は特定領域の波長の光に対する反射率を低下させるために，高反射膜は特定領域の波長の光に対する反射率を向上させるために，フィルタは特定領域の波長の光を透過あるいは反射させるために用いられる。一般に，これらの膜はドライプロセスで成膜され，均一な膜を形成するために様々な手法が考案されている。例えば，ガラス，シリコン等の被成膜基板に成膜する際，これらの被成膜基板をホルダーで保持し，このホルダーを回転させながら抵抗加熱型蒸着もしくはスパッタリングすることにより，被成膜基板上に薄膜をほぼ均一に形成するといった手法が採られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図５と図６に，マイクロレンズを用いて光結合を行うモジュールの構成例を示す。図５は斜視図であり，図６は光軸１８を含み，支持基板１０に垂直な面におけるモジュールの断面図である。この例では，支持基板１０上に設けられた断面がＶ字形のＶ溝１２の側壁に当接するように２つのレンズ素子１と光ファイバ１４が配置されている。また，支持基板１０上にはレーザダイオード１６が配置されており，レーザダイオード１６と２つのレンズ素子１と光ファイバ１４とは１つの光軸１８を共有するよう，この順に配置されている。レンズ素子１は円柱形状のロッド型マイクロレンズであり，その外形の直径は光ファイバ１４の外形の直径と同寸法であり，端面の１つにレンズ部２を有する。レーザダイオード１６側のレンズ素子１のレンズ部２はレーザダイオード１６側，光ファイバ１４側のレンズ素子１のレンズ部２は光ファイバ１４側を向いて配置されている。レンズ素子１は，Ｖ溝１２の最深部１２ａより高い位置に位置し，図６の点線で示す当接部３でＶ溝１２と当接して支持されている。
【０００４】
このようなレンズ素子１に反射防止膜を成膜する場合を考える。成膜は，光学素子１全体に行う必要はなく，レンズ部２が形成されている面のみに行えばよい。通常の光学部材であれば，マスク等を用いて所望の領域に成膜できるが，マイクロレンズのような微小サイズの素子では，形成後の個々の素子に高精度にマスクをかけて成膜を行うことは非常に困難である。
【０００５】
図７（ａ）は，レンズ素子１の抵抗加熱型蒸着法による成膜時の状態を模式的に表す側面図である。通常，図７（ａ）に示すように成膜源９に対してレンズ部２が形成されている面が正対するようにレンズ素子１を配置して成膜する。このようにして成膜されたレンズ素子をレンズ素子１ｂと呼ぶ。図７（ｂ）は，レンズ素子１ｂの断面図であり，図７（ｃ）はレンズ素子１ｂの斜視図である。図７（ｃ）において，レンズ素子１ｂを図６に示す支持基板１０のＶ溝１２上に実装した時にＶ溝１２と当接する当接部３ｂを点線で示す。図７（ａ）に示す配置で成膜を行った結果，図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すようにレンズ素子１ｂはレンズ部２が形成されている面だけでなく，側面の一部にも膜４が形成されてしまう。膜４が形成された側面部分を成膜側面５ｂと呼ぶ。成膜側面５ｂはレンズ部２近傍の側面の周面部分にあたり，当接部３ｂの一部を含む。マイクロレンズとしてのレンズ素子は，サブミクロンの精度で形成されるが，成膜により側面の形状，寸法が成膜前と異なることになる。なお，成膜源９とレンズ素子１の距離はレンズ素子１の大きさに比べ非常に大きいものとなっている。
【０００６】
成膜されたレンズ素子１ｂを実装し，図６と同様のモジュールを構成した場合の断面図を図８に示す。図８の断面方向は図６の場合と同じである。すなわち，図６のレンズ素子１をレンズ素子１ｂに置換したものが図８である。上記のように，レンズ素子１ｂの当接部３ｂの一部には膜４が形成されているため，その膜厚のために図８に示すように，レンズ素子１ｂは傾斜して配置され，レンズ素子１ｂのレンズ部２表面における光軸の位置２０は図６に示すレンズ素子１の光軸より高くなる。その結果，レンズ素子１ｂの光軸の位置２０と，レーザダイオード１６および光ファイバ１４の光軸１８とは一致しなくなり，図８の矢印で示すように光軸に垂直な方向にずれが生じる。このようなずれは，レンズ素子１ｂと，レーザダイオード１６および光ファイバ１４との光結合の効率を低下させる原因となり，好ましくない。
【０００７】
本発明の目的は，このような問題に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，所望の面に成膜面を有し，且つ高精度な実装を可能とするレンズ素子，その成膜方法及びモジュールを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，支持基板に形成されたＶ溝に当接される当接部を有する微小なレンズ素子への成膜方法であって，前記レンズ素子の側面のうち，少なくとも前記Ｖ溝に当接される当接部が成膜されないように，前記レンズ素子の被成膜面の法線方向と，成膜源と前記被成膜面とを結ぶ線の方向と，が異なるように配置して成膜することを特徴とする成膜方法が提供される。
また，前前記レンズ素子は，前記被成膜面を構成するレンズ部と，前記レンズ部と接続され水平方向に延設された取扱部と，前記取扱部から突出形成され，内部に前記レンズ部の少なくとも一部が配置される張出部と，を有し，前記張出部が，前記Ｖ溝に当接する前記当接部を有してもよい。
また，前記張出部が形成された前記取扱部の下面と，前記張出部の外周面とには，成膜されなくてもよい。
【０００９】
かかる構成によれば，微小なレンズ素子を成膜する際，所望の面を成膜し，且つ側面の一部は成膜しないようにすることができる。なお，成膜される膜としては反射防止膜や，高反射膜，フィルタ等が考えられる。
【００１０】
また，本発明の第２の観点によれば，光学基板に形成されたレンズ部を有し，支持基板に形成されたＶ溝に実装されるレンズ素子であって，前記レンズ素子の前記レンズ部形成面には，上述した成膜方法により膜が形成されており，前記レンズ部形成面に対する側面で且つ実装時に前記支持基板の前記Ｖ溝に接する部分には前記膜が形成されていないことを特徴とする，レンズ素子が提供される。
また，前記レンズ素子は，前記レンズ部と接続され水平方向に延設された取扱部と，前記取扱部から突出形成され，内部に前記レンズ部の少なくとも一部が配置される張出部と，を有し，前記張出部が，前記Ｖ溝に当接する前記当接部を有していてもよい。
また，前記張出部が形成された前記取扱部の下面と，前記張出部の外周面とには，成膜されなくてもよい。
また，本発明の第３の観点によれば，微小なレンズ素子と，前記レンズ素子が実装されるＶ溝が形成された支持基板と，を有するレンズ素子を用いたモジュールであって，
前記レンズ素子が，上述した成膜が施されたレンズ素子であることを特徴とする，モジュールが提供される。
【００１１】
かかる構成によれば，レンズ部形成面が成膜され，且つ側面の一部は成膜されていないレンズ素子が得られる。この成膜されてない側面の部分を実装時に支持基板に当接する部分とすれば，成膜による影響を受けずに高精度にレンズ素子を実装することができる。
【００１２】
ここで光束変換部とは光束を変換する機能を有するものであり，例えば光束を収束，発散，反射，偏向等するものである。また，光束変換部は，配置条件により入射光束を平行光に変換するものも含む。光束変換部の具体例としては，レンズや，回折光学素子からなる素子等が挙げられる。
【００１３】
光学基板は結晶基板により構成してもよく，例えばシリコン結晶基板を用いることができる。また，その他の結晶基板としては，ＧａＡｓ，Ｉｎｐ，ＧａＰ，ＳｉＣ，Ｇｅ等を材料とする基板が挙げられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお，以下の説明および添付図面において，略同一の機能および構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。図１は，本発明の実施の形態にかかる成膜方法を説明するための図であり，図１（ａ）は成膜時の状態を模式的に表す側面図であり，図１（ｂ）は成膜されたレンズ素子の断面図である。
【００１５】
レンズ素子１は円柱形状のロッド型マイクロレンズであり，その１つの端面にはレンズ部２が形成され，その側面はレンズ部２に略垂直に構成されている。レンズ部２はここでは円形形状をしており，回折光学素子からなる。レンズ部２は，回折光学素子の１つであるＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ）素子により形成してもよい。ＣＧＨ素子は，所望の光学特性を示す光学素子の光路差関数から所望の光学特性を得るに必要なフォトマスクのパターンをコンピュータを用いて求め，そのマスクパターンを用いて光学基板の表面の所望箇所にエッチング処理を施すことにより，所望の光学特性を有する回折型光学素子を形成したものである。
【００１６】
レンズ素子１は，シリコン基板にレンズ部２を形成した後，例えば半導体技術で用いられるフォトリソ・エッチング技術を用いて，レンズ素子１に対応する形状のパターンをフォトマスクパターンとして用いてエッチングを行うことにより作製可能である。
【００１７】
レンズ素子１のレンズ部２が形成されている面を被成膜面として反射防止膜を成膜する場合を考える。そのため，図１（ａ）に示すように，成膜源９とレンズ素子１を結ぶ方向と，レンズ素子１のレンズ部２が形成されている面の法線方向とが角度θを有するようにレンズ素子１を配置して成膜を行う。実際には成膜源９とレンズ素子１の距離はレンズ素子１の大きさに比べ非常に大きいことから，レンズ素子１の被成膜面にはほぼ均一に成膜される。このようにして成膜されたレンズ素子をレンズ素子１ａと呼ぶ。
【００１８】
図１（ｂ）にレンズ素子１ａの断面図を示し，図１（ｃ）にレンズ素子１ａの斜視図を示す。図１（ｃ）において，レンズ素子１ａを図６に示す支持基板１０のＶ溝１２上に実装した時にＶ溝１２と当接する当接部３ａを点線で示す。図１（ａ）に示す配置で成膜を行った結果，図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すようにレンズ素子１ａはレンズ部２が形成されている面と，側面の上方に膜４が形成される。図１（ｃ）に示すレンズ素子１ａの膜４が形成された側面上部を上方成膜側面５ａと呼び，膜４が形成されていない側面部分を非成膜側面６ａと呼ぶ。非成膜側面６ａは当接部３ａを含む。すなわち，レンズ素子１ａの側面における成膜面は，図７（ｃ）に示すような周面ではなく，周面の一部である上方成膜側面５ａであり，周面の他部である非成膜側面６ａには膜が形成されていない。
【００１９】
ここで，成膜状態についてさらに詳しく述べる。レンズ素子１ａの側面（周面）において，レンズ素子１ａをＶ溝１２に実装する際にＶ溝１２の最深部１２ａと最も近接する稜線部を下部稜線部７ｂと呼び，最深部１２ａから最も遠い稜線部を上部稜線部７ａと呼ぶことにする（図２参照）。レンズ素子１ａの側面（周面）における成膜面（上方成膜側面５ａ）は，上部稜線部７ａの位置でレンズ部２形成面の位置からの幅Ｄが最大であり，側面（周面）を下部稜線部７ｂ側に向かうにつれて，上方成膜側面５ａのレンズ部２形成面の位置からの幅Ｄが小さくなり，レンズ素子１ａの側面（周面）における上部稜線部７ａと下部稜線部７ｂとの中間もしくはその前後の位置で幅Ｄは０となる。レンズ素子１ａの側面（周面）において上方成膜側面５ａには上述のように成膜されており，側面（周面）のその他の部分は成膜されない非成膜側面６ａとなる。Ｖ溝１２との当接部３ａはこの非成膜側面６ａに位置する。よって，この成膜工程後，レンズ素子１ａは成膜されたレンズ部２および上方成膜側面５ａと，成膜されていない当接部３ａを含む非成膜側面６ａを有することができる。
【００２０】
成膜方法の具体例の１つとして，反射防止膜材料としてＺｒＯ２を選択し，蒸着方法として電子ビーム法を用い，θを５度にして，蒸発温度は２５００℃に設定して成膜した。この場合，レンズ部２表面には膜厚０．２μｍ程度の反射防止膜が均一に形成され，非成膜側面６ａには反射防止膜が形成されなかった。
【００２１】
成膜されたレンズ素子１ａを実装し，図６と同様のモジュールを構成した場合の断面図を図２に示す。図２は光軸１８を含み，支持基板１０に垂直な面におけるモジュールの断面図である。すなわち，図６のレンズ素子１をレンズ素子１ａに置換したものが図２である。図２において，支持基板１０上に設けられた断面がＶ字形のＶ溝１２の側壁に当接するように２つのレンズ素子１ａと光ファイバ１４が配置されている。また，支持基板１０上にはレーザダイオード１６が配置されており，レーザダイオード１６と２つのレンズ素子１ａと光ファイバ１４とはこの順に配置されている。
【００２２】
レンズ素子１ａの外形の直径は光ファイバ１４の外形の直径と同寸法である。レーザダイオード１６側のレンズ素子１ａのレンズ部２はレーザダイオード１６側，光ファイバ１４側のレンズ素子１ａのレンズ部２は光ファイバ１４側を向いて配置されている。レンズ素子１ａは，下部稜線部７ｂあるいはその近傍部分がＶ溝１２の最深部１２ａと対向するようにＶ溝１２に配置され，Ｖ溝１２の最深部１２ａより高い位置に位置し，図２の点線で示す当接部３ａでＶ溝１２と当接して支持されている。上記のように，当接部３ａは成膜されていないため，レンズ素子１ａをＶ溝１２に配置する際に，膜４の影響を受けて光軸の位置が変わることがない。よって，図６の場合と同様にレンズ素子１ａ，レーザダイオード１６，光ファイバ１４は１つの光軸１８を共有できる。
【００２３】
以上述べたように，上記成膜方法によれば，レンズ素子１ａにおいて，被成膜面であるレンズ部２には膜４が形成され，且つ当接部３ａを含む非成膜側面６ａには膜４が形成されないことが可能である。成膜されていない当接部３ａを，支持基板に当接するよう実装することで，従来生じていた光軸のずれを解消することができ，高精度に実装できる。これより，レンズ素子１ａと他の光学部材を容易に高効率に結合することができる。
【００２４】
なお，当接部３ａの位置は，図１（ｃ）に示す位置に限定されるものではなく，非成膜側面６ａ内であればよい。上記例では成膜後に非成膜側面６ａ内で当接部３ａの位置を決定できるものとしたが，成膜前に当接部３ａの位置を決定しておき，その位置が成膜されないようにレンズ素子１を傾けて配置して成膜することも考えられる。
【００２５】
なお，上記例では，レンズ素子１が円柱形状のものについて説明したが，これに限定するものではない。例えば変形例として図３に示すような，レンズ素子３１についても同様に本発明を適用することができる。図３はＶ溝１２の形成された支持基板１０上に光ファイバ１４とレンズ素子３１が配置されたモジュールの斜視図を示す。
【００２６】
レンズ素子３１は，光学基板からなり，光学基板の片面に形成されたレンズ部３２，レンズ部３２と接続された取扱部３４，縁部３６，張出部３９を有する。取扱部３４は，レンズ部３２，縁部３６，張出部３９と一体的に形成されており，レンズ素子１の実装時等の取り扱いを容易にするために用いられる。取扱部３４は，図３に示す通り，その両端間の中間部でレンズ部３２の外周の上部側を取り巻くように延設され，レンズ部３２表面に略平行な面内でレンズ部３２よりも広い幅を有し，全体として略直方体状の形状を有する。取扱部３４の略平坦な上面３３に対向し，且つ張出部３９の両側に位置する下面３５は，レンズ部３２が形成されている面に対し，略垂直であり，レンズ素子３１を支持基板１０に実装したとき，支持基板１０と接する面となる。
【００２７】
縁部３６はレンズ部３２の下部側に位置し，レンズ部３２の円周形状に沿った円弧形状を有する。この縁部３６の円弧形状を呈する外形はレンズ形成面側からその対向面側まで延びており，張出部３９を構成している。すなわち，張出部３９は，取扱部３４の中間位置から縁部３６を含んで下方へ張り出している。この張出部３９の円弧形状の外周面も，レンズ部３２が形成されている面に対し，略垂直となっている。
【００２８】
図４は，このような形状を有するレンズ素子３１の成膜時の状態を模式的に表す側面図である。レンズ部３２が形成されている面を被成膜面として扱っている。この場合も図４に示すように，成膜源９とレンズ素子３１を結ぶ方向と，レンズ素子３１のレンズ部３２が形成されている面の法線方向とが角度θを有するように配置して成膜する。その結果，レンズ部３２が形成されている面および上面３３にのみ成膜され，下面３５および張出部３９の外周面（側壁）には膜が形成されず，レンズ素子３１を支持基板１０へ実装する際に，形成された膜のために光軸のずれが生じることがない。
【００２９】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３０】
例えば，レンズ部は，円形に限らず所望の形状で形成可能であり，また，屈折型のレンズ部としてもよい。また，上記例では，光束変換部をレンズ部，また光学素子の例としてレンズ素子を例にとり説明したが，これに限定するものではない。例えば，光束変換部を光偏向部等とし，光学素子を光偏向素子等とした場合にも本発明は適用可能である。
【００３１】
シリコン基板用の反射防止膜材料としては，上記のＺｒＯ２以外に，ＴｉＯ２，ＣｅＯ２等が好適である。また，蒸着方法としては上記例に限定されず，抵抗加熱，電子ビーム加熱，スパッタ法等を適宜選択して用いることができる。上記例では被成膜面の法線方向と，成膜源と被成膜面とを結ぶ線の方向とのなす角度θを５度としたが，θは成膜材料等の条件により適宜設定することが好ましい。
【００３２】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，レンズ素子の所望の被成膜面に膜を形成でき，且つ側面の一部には膜が形成されない。これより，成膜されていない面を実装時に基板と接するようにレンズ素子を実装することで，膜の影響を受けずに高精度に実装することができ，他の光学部材との高い光結合効率を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る成膜方法を説明する側面図であり，図１（ｂ），図１（ｃ）はそれぞれ成膜後のレンズ素子の断面図，斜視図である。
【図２】  本発明の実施の形態に係るレンズ素子を用いたモジュールの断面図である。
【図３】  本発明の変形例に係るモジュールの斜視図である。
【図４】  本発明の変形例に係る成膜方法を説明する側面図である。
【図５】  モジュールの構成を示す斜視図である。
【図６】  図５に示すモジュールの断面図である。
【図７】  図７（ａ）は従来の成膜方法を説明する側面図であり，図７（ｂ），図７（ｃ）はそれぞれ成膜後のレンズ素子の断面図，斜視図である。
【図８】  従来の成膜方法により成膜された光学素子を用いたモジュールの断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，３１        レンズ素子
２，３２        レンズ部
３，３ａ，３ｂ        当接部
４        膜
５ａ        上方成膜側面
５ｂ        成膜側面
６ａ        非成膜側面
７ａ        上部稜線部
７ｂ        下部稜線部
９        成膜源
１０        支持基板
１２        Ｖ溝
１２ａ        最深部
１４        光ファイバ
１６        レーザダイオード
１８        光軸
２０        光軸の位置
３３        上面
３４        取扱部
３５        下面
３６        縁部
３９        張出部
【図１】
0004011899.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004011899.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004011899.tif 000006
【図６】
0004011899.tif 000007
【図７】
0004011899.tif 000008
【図８】
0004011899.tif 000009