JP2003167175A - 光実装基板及び光デバイス - Google Patents

光実装基板及び光デバイス

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JP2003167175A
JP2003167175A JP2001370151A JP2001370151A JP2003167175A JP 2003167175 A JP2003167175 A JP 2003167175A JP 2001370151 A JP2001370151 A JP 2001370151A JP 2001370151 A JP2001370151 A JP 2001370151A JP 2003167175 A JP2003167175 A JP 2003167175A
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waveguide
mounting board
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light
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Tsuguhiro Korenaga
継博 是永
Nobuki Ito
伸器 伊藤
Masaaki Tojo
正明 東城
Norihiko Wada
紀彦 和田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G02B6/423—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements using guiding surfaces for the alignment

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単に製造ができると共に、フォトダイオー
ドやレーザ等の光学素子の実装が容易な、機能性、生産
性及び経済性を兼ね備えた光実装基板及びその成形方
法、並びに実装基板を用いて構成される光デバイスを提
供する。 【解決手段】 光実装基板１１の表面には、光ファイバ
を位置決めするためのガイド溝１２と、ガイド溝１２に
連設される所定の角度のテーパ面１３とが形成されてい
る。テーパ面１３には、光を反射させるミラー１７が形
成される。ガイド溝１２には、光ファイバ１５が実装固
定される。テーパ面１３の上方には、テーパ面１３のミ
ラー１７によって光路変換された光を受光する位置に、
面受光型フォトダイオード１６が実装される。特に、受
光素子用の位置決めマーカを光実装基板１１上に設けれ
ば、面受光型フォトダイオード１６をパッシブアライメ
ントで実装することは容易である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光実装基板及び光
デバイスに関し、より特定的には、光学部品や光学素子
が実装される表面形状を備えた実装基板及びその成形方
法、並びに当該実装基板を用いて構成される光デバイス
に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを用いた光通信システムは、
従来の幹線系から加入者系へと進展しつつある。加入者
系光通信システムでは、小型で安価な光デバイスが要求
されている。従来、光デバイスでは、光ファイバやレン
ズ等の光学部品とレーザやフォトダイオード等の光学素
子とを、同軸上に配列させていた。通常、光ファイバや
レンズの位置決めには、公差±１μｍもの高い精度が要
求される。このため、組み立ての際には、光学素子を駆
動させてレーザ光を通しながら調整して各部品の位置決
めをする方法、いわゆるアクティブアライメントが用い
られていた。しかし、この方法では、作業が煩雑で時間
がかかりコスト上大きな負担となっていた。
【０００３】一方、光デバイスの組み立てを簡略化する
方法として、調整なしで各部品の位置合わせを行う、い
わゆるパッシブアライメントが注目されている。代表的
なものとして、光ファイバや光導波路の導波光を９０°
光路変換して、面受光型のフォトダイオードで受光する
光デバイスに用いられている技術があり、各種のアイデ
アが提案されている。例えば、特開平１１−３２６６６
２号公報や特許第２６８７８５９号公報を参照。
【０００４】図１９は、従来から提案されている光路変
換方法を用いた光デバイス構造の一例を示す図である。
図１９において、光ファイバ（又は光導波路）１９１の
端面は、４５°に研磨されており、その端面には光反射
用のミラー１９２が形成されている。光ファイバ（又は
光導波路）１９１を図面右方向から入射する導波光は、
ミラー１９２によって光路が９０°折り返されて（変換
されて）フォトダイオード１９３で受光される。このフ
ォトダイオード１９３の構成としては、図１９で用いら
れている面受光型と、これとは異なる素子構成の導波路
型とがある。
【０００５】面受光型フォトダイオードは、光を受ける
面積が広く、光ファイバや光導波路との相対的な位置決
め精度が±数十μｍ程度でよい。このため、実装の際に
は、基板側にマーカを形成し、これを目印に実装するこ
とで、面受光型フォトダイオードのパッシブアライメン
トが可能である。しかし、その反面、光ファイバや光導
波路の導波光を直接正面から受光する場合には、面受光
型フォトダイオードを基板上に立てて実装する必要があ
り、量産面で障害となっていた。例えば、面受光型フォ
トダイオードがよく用いられるレーザ出力をモニタする
ような場合等である。導波路型フォトダイオードは、数
ミクロン程度の受光層であり、これに光ファイバや光導
波路の導波光を結合させるため、±１μｍ近い位置決め
精度が必要である。このため、導波路型フォトダイオー
ドについては、通常アクティブアライメントを用いる必
要があり、実装コスト面で大きな負担となっていた。
【０００６】従って、図１９のように、光ファイバや光
導波路から出射される光を９０°光路変換する構造にす
ることで、立てることなく面受光型フォトダイオードを
パッシブアライメントで表面実装することができ、量産
面及び実装コスト面で非常に有効なのである。
【０００７】また、図２０は、特開平１１−３２６６６
２号公報に開示されている従来の光路変換方法を用いた
他の光デバイス構造の一例を示す図である。図２０にお
いて、この光デバイスは、光導波路の一部を加工して光
を反射させる反射面を有する反射体２０１を形成し、伝
搬されて導波層２０２の端面から出射される光を９０°
光路変換し、面受光型フォトダイオード２０３で受光す
るものである。
【０００８】この２つのように、従来の光デバイス構造
では、光ファイバや光導波路から出射される光路を変換
し、位置決め精度の緩い面受光型フォトダイオードで受
光し、デバイスコストを削減することが提案されてい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１９
及び図２０の例示した従来の光デバイス構造では、光フ
ァイバ（又は光導波路）の端面を、４５°斜面に加工す
る付加的な工程が必要である。また、加工面での散乱損
失を抑制するには、高い面精度を確保することが不可欠
で、研磨、ドライエッチング、ウエットエッチング及び
切削等の加工を再現性よく行う必要があった。また、特
に端面を斜め加工した光ファイバを用いる場合には、光
ファイバが回転等して正常な向きに実装されないと、光
ファイバからの出射光がフォトダイオードへ入射されな
いという問題もあった。このように、従来の光デバイス
構造では、フォトダイオードの実装が簡略化されるメリ
ットはあるものの、付加的な加工工程が必要となるので
コストメリットが半減してしまうという大きな問題を有
していた。
【００１０】それ故、本発明の目的は、簡単に製造がで
きると共に、フォトダイオードやレーザ等の光学素子の
実装が容易な、機能性、生産性及び経済性を兼ね備えた
光実装基板及びその成形方法、並びに当該実装基板を用
いて構成される光デバイスを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第１の
発明は、光学部品及び／又は光学素子を実装するための
光実装基板であって、所定の加工方法で製作された金型
を、高温加熱で軟化した基板材料に押し付けて金型の反
転形状を転写させることで成形され、表面に、光ファイ
バを位置決めするためのガイド溝と、ガイド溝に連接さ
れかつガイド溝に実装される光ファイバの光軸上に位置
し、光路を反射によって変換させるテーパ面とを備えた
ことを特徴とする。上記のように、第１の発明によれ
ば、金型を用いて、光ファイバを位置決めするためのガ
イド溝と、光を反射して光路変換を行うテーパ面とが、
光実装基板上に一括成形される。これにより、付加的な
加工工程なしに、光学部品及び光学素子のパッシブアラ
イメントを容易に実現させることができる。
【００１２】第２の発明は、第１の発明の光実装基板を
用いた光デバイスであって、ガイド溝に光ファイバを載
置し、所定の基板による上方向からの押圧によって光フ
ァイバを実装固定している。この第２の発明によれば、
光ファイバを光実装基板に強固に実装することができる
と共に、光ファイバを導波する光の光路変換が可能な光
デバイスを、光実装基板から非常に簡単な工程で製造す
ることができる。従って、生産性及び経済性に優れる。
また、所定の基板を、フォトダイオードやレーザ等を実
装するためのステージとして用いることもできる。
【００１３】第３の発明は、光学部品及び／又は光学素
子を実装するための光実装基板であって、所定の加工方
法で製作された金型を、高温加熱で軟化した基板材料に
押し付けて金型の反転形状を転写させることで成形さ
れ、表面に、光導波路コアパターンに対応する導波路溝
と、導波路溝に隣接されかつ導波路溝に形成される光導
波路の光軸上に位置し、光路を反射によって変換させる
テーパ面とを備えたことを特徴とする。上記のように、
第３の発明によれば、金型を用いて、光導波路コアパタ
ーンに対応する導波路溝と、光を反射して光路変換を行
うテーパ面とが、光実装基板上に一括成形される。これ
により、付加的な加工工程なしに、光学部品及び光学素
子のパッシブアライメントを容易に実現させることがで
きる。
【００１４】第４の発明は、第３の発明の光実装基板を
用いた光デバイスであって、導波路溝に光実装基板より
も屈折率が高いコア材料を充填した後、所定の基板を、
コア材料よりも屈折率が低い接着剤を用いて導波路溝上
に貼り合わせている。この第４の発明によれば、導波路
溝に屈折率が高いコア材料を充填して光導波路として機
能させることで、光導波路を導波する光の光路変換が可
能な光デバイスを、光実装基板から非常に簡単な工程で
製造することができる。従って、生産性及び経済性に優
れる。
【００１５】第５の発明は、光学部品及び／又は光学素
子を実装するための光実装基板であって、所定の加工方
法で製作された金型を、高温加熱で軟化した基板材料に
押し付けて金型の反転形状を転写させることで成形さ
れ、表面に、受発光素子を位置決めするためのステージ
と、ステージに実装される受発光素子の光軸上に位置
し、光路を反射によって変換させるテーパ面とを備えた
ことを特徴とする。上記のように、第５の発明によれ
ば、金型を用いて、受発光素子を位置決めするためのス
テージと、光を反射して光路変換を行うテーパ面とが、
光実装基板上に一括成形される。これにより、付加的な
加工工程なしに、光学部品及び光学素子のパッシブアラ
イメントを容易に実現させることができる。
【００１６】第６の発明は、第５の発明の光実装基板を
用いた光デバイスであって、ステージに発光素子を実装
固定している。この第６の発明によれば、ステージに受
発光素子をパッシブアライメントで実装固定するだけ
で、他の光学素子と受発光素子との光学的結合が可能な
光デバイスを、光実装基板から非常に簡単な工程で製造
することができる。従って、生産性及び経済性に優れ
る。
【００１７】第７の発明は、第５の発明に従属する光実
装基板であって、表面に、ステージに載置される受発光
素子と光軸が一致する光導波路コアパターンに対応する
導波路溝を、さらに備えたことを特徴とする。上記のよ
うに、第７の発明によれば、ステージ及びテーパ面と共
に、光導波路コアパターンに対応する導波路溝が、光実
装基板上に一括成形される。これにより、付加的な加工
工程なしに、光学部品及び光学素子のパッシブアライメ
ントを容易に実現させることができる。
【００１８】第８の発明は、第７の発明の光実装基板を
用いた光デバイスであって、導波路溝に光実装基板より
も屈折率が高いコア材料を充填した後、所定の基板を、
コア材料よりも屈折率が低い接着剤を用いて導波路溝上
に貼り合わせ、ステージに発光素子を実装固定してい
る。この第８の発明によれば、ステージに受発光素子を
パッシブアライメントで実装固定するだけで、他の光学
素子と受発光素子との光学的結合が可能な光デバイス
を、光実装基板から非常に簡単な工程で製造することが
できる。従って、生産性及び経済性に優れる。
【００１９】第９の発明は、第１、第３、第５及び第７
の発明に従属する光実装基板であって、テーパ面に、ミ
ラー効果を有する薄膜素子を備えたことを特徴とする。
この第９の発明によれば、テーパ面で光を単純に反射さ
せるだけでなく、光の波長に応じて反射率を変ることが
可能となる。
【００２０】第１０の発明は、第１、第３、第５及び第
７の発明に従属する光実装基板であって、テーパ面に、
光波長に応じて光路が変化する回折格子を備えたことを
特徴とする。この第１０の発明によれば、波長に応じて
回折角度が変化する回折格子の性質を利用して、特定の
波長光だけを受光するフィルタ機能を備えた光デバイス
を実現させることができる。
【００２１】第１１の発明は、第１、第３、第５及び第
７の発明に従属する光実装基板であって、テーパ面を曲
面形状とし、複数の入射光を集光させて反射させる機能
を備えたことを特徴とする。この第１１の発明によれ
ば、受光素子の位置決め精度をさらに緩くさせたり、又
は面発光型の発光素子からの放射光を集光させて、光フ
ァイバや光導波路に高い効率で結合させることも可能と
なる。
【００２２】第１２の発明は、第２、第４、第６及び第
８の発明に従属する光デバイスであって、テーパ面で変
換される光路によって、ガイド溝に載置される光ファイ
バ又は導波路溝に形成される光導波路と、光学的に結合
される面実装型受発光素子をさらに備えることを特徴と
する。この第１２の発明によれば、受発光素子が面実装
型であることにより、緩い位置決め精度で受発光素子を
実装できるようになるので、無調整実装が容易に実現さ
せることができる。
【００２３】第１３の発明は、第１、第３、第５及び第
７の発明に従属する光実装基板であって、ガラスによっ
て構成されることを特徴とする。この第１３の発明によ
れば、ガラスを用いれば、金型によって高精度な形状を
表面に形成でき、環境安定性も高い。また、ガラスは、
紫外線を透過するので、光ファイバ等を固定する際に
は、時間のかかる熱硬化接着剤ではなく、紫外線硬化接
着剤を用いることができる。
【００２４】第１４の発明は、第１、第３、第５、第７
及び第１３の発明に従属する光実装基板であって、通常
研削用工具及びマイクロ放電加工によって製作された所
望の精密研削用工具を用いた、マイクロ放電加工によっ
て製作された金型を、高温加熱で軟化した基板材料に押
し付けて当該金型の反転形状を転写させることで成形さ
れることを特徴とする。上記のように、第１４の発明に
よれば、従来の研削加工では非常に実現困難であった複
雑な形状の金型を、マイクロ放電加工を活用して製作す
ることによって、本発明の特徴的な光実装基板を得るこ
とができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施形態について説明する。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
係る光実装基板１１の形状を示す図である。図１におい
て、光実装基板１１の表面には、光ファイバを位置決め
するためのガイド溝１２と、ガイド溝１２に連設される
所定の角度（光実装基板１１の表面に対する角度）のテ
ーパ面１３とが形成されている。図２は、図１の光実装
基板１１に、光ファイバ１５及び面受光型フォトダイオ
ード１６を実装した光デバイスの断面図を示す。
【００２６】図２において、光実装基板１１を用いた光
デバイス構造では、テーパ面１３に光を反射させる薄膜
からなるミラー１７が形成される。ガイド溝１２には、
例えば紫外線硬化樹脂を用いて光ファイバ１５が実装固
定される。この光ファイバ１５は、ガイド溝１２上に載
置されればよいが、図２のように端面がテーパ面１３に
突き当てられるようにするのが特性上好ましい。テーパ
面１３の上方には、テーパ面１３のミラー１７によって
光路変換された光を受光する位置に、面受光型フォトダ
イオード１６が実装される。特に、受光素子用の位置決
めマーカ（図示せず）を光実装基板１１上に設ければ、
面受光型フォトダイオード１６をパッシブアライメント
で実装することは容易である。
【００２７】この構造によって、光ファイバ１５を図２
中左から右方向に導波する光は、光ファイバ１５の右端
面から出射された後、テーパ面１３に形成されたミラー
１７によって反射され、面受光型フォトダイオード１６
に入射される（図２の矢印を参照）。このように、この
光実装基板１１を用いた図２に示す光デバイスは、光受
信モジュールとして機能する。
【００２８】このように、本発明の第１の実施形態に係
る光実装基板１１を用いれば、光ファイバ１５から出射
される光を、容易に光路変換できる光デバイスを製作す
ることができる。また、部品実装時に光ファイバ１５の
回転を注意する必要もなくなる。なお、テーパ面１３の
ミラー１７は、直接メッキや真空プロセスによって金属
膜を塗布して形成してもよいし、予め他の基板上にミラ
ーを形成して、その基板をテーパ面１３に貼り付けるこ
とで形成してもよい。また、ミラー以外に、対象となる
光波長に対して反射する多層膜のフィルタを、テーパ面
１３に形成してもよい。また、テーパ面１３は、実用上
３０°〜７０°が望ましい。特に、テーパ面１３に多層
膜フィルタを形成する場合には、偏光による特性差が小
さくなる６０°以上の角度にするのが望ましい。さら
に、ガイド溝１２の断面形状は、Ｖ字形状である必要は
なく、光ファイバ１５を位置決めできるものであれば、
矩形形状や半円形状又はこれに類する形状であっても何
ら構わない。
【００２９】なお、テーパ面１３にミラー１７を形成せ
ず、上記光ファイバ１５の代わりに、図１９に示した光
ファイバ１９１、すなわち所定の角度に研磨された端面
にミラーが形成されている光ファイバを用いてもよい。
この場合にも、光実装基板１１に形成されたテーパ面１
３の作用で、部品実装時における光ファイバ１９１の回
転を防ぐことができる。
【００３０】（第２の実施形態）図３は、本発明の第２
の実施形態に係る光実装基板３１の形状を示す図であ
る。図３において、光実装基板３１の表面には、光ファ
イバを位置決めするためのガイド溝３２と、ガイド溝３
２に連設される所定の角度（光実装基板３１の表面に対
する角度）のテーパ面３３とが形成されている。また、
光実装基板３１の表面は、斜面３４によって段差が付け
られている。図４は、図３の光実装基板３１に、光ファ
イバ３５及び面受光型フォトダイオード３６を実装した
光デバイスの断面図を示す。
【００３１】図４において、光実装基板３１を用いた光
デバイス構造では、テーパ面３３に光を回折させる回折
格子３７が形成される。ガイド溝３２には、光ファイバ
３５が実装固定される。この光ファイバ３５は、ガイド
溝３２上に載置されればよいが、図４のように端面がテ
ーパ面３３に突き当てられるようにするのが特性上好ま
しい。この光ファイバ３５は、斜面３４に突き当てられ
るように配置される平板ガラス板３８で、押圧されて固
定される。平板ガラス板３８の上面には、開口部を有す
るパターン化された吸収膜３９が形成される。面受光型
フォトダイオード３６は、吸収膜３９の開口部にセンサ
部を合わせた位置で表面実装される。特に、受光素子用
の位置決めマーカ（図示せず）を吸収膜３９上に設けれ
ば、面受光型フォトダイオード３６をパッシブアライメ
ントで実装することは容易である。なお、光ファイバ３
５や平板ガラス板３８の固定には、例えば紫外線硬化樹
脂を用いればよい。
【００３２】この構造によって、光ファイバ３５を図４
中左から右方向に導波する光は、光ファイバ３５の右端
面から出射された後、テーパ面３３に形成された回折格
子３７によって回折される。この回折格子３７は、光の
波長に応じて回折角度を異ならせるように作用する。従
って、回折格子３７と面受光型フォトダイオード３６と
の間に吸収膜３９を設けることにより、特定の波長の光
のみを面受光型フォトダイオード３６で受光することが
できる（図４の矢印を参照）。このように、この光実装
基板３１を用いた図４に示す光デバイスは、波長選別機
能を備えた光受信モジュールとして機能する。
【００３３】このように、本発明の第２の実施形態に係
る光実装基板３１を用いれば、光ファイバ３５から出射
される光を、容易に光路変換及び波長選別ができる光デ
バイスを製作することができる。また、部品実装時に光
ファイバ３５の回転を注意する必要もなくなる。なお、
テーパ面３３の回折格子３７は、テーパ面３３を直接加
工して形成してもよいし、予め他の基板上に回折格子を
形成して、その基板をテーパ面３３に貼り付けることで
形成してもよい。特に、光実装基板成形用の金型のテー
パ面に所望の回折格子の反転形状を形成しておき、光実
装基板をプレス成形する際に他の部分と同時に回折格子
３７を成形するのが望ましい。また、テーパ面３３は、
実用上３０°〜７０°が望ましい。また、波長分離精度
を上げるには、吸収膜３９の開口部を狭めるか、又は平
板ガラス板３８の厚みを大きくすればよい。さらに、ガ
イド溝３２の断面形状は、Ｖ字形状である必要はなく、
光ファイバ３５を位置決めできるものであれば、矩形形
状や半円形状又はこれに類する形状であっても何ら構わ
ない。
【００３４】（第３の実施形態）図５は、本発明の第３
の実施形態に係る光実装基板５１の形状を示す図であ
る。図５において、光実装基板５１の表面には、光ファ
イバを位置決めするためのガイド溝５２と、ガイド溝５
２に連設される所定のテーパ面５３とが形成されてい
る。図６は、図５の光実装基板５１に、光ファイバ５５
及び面発光型レーザ５６を実装した光デバイスの断面図
を示す。
【００３５】図６において、光実装基板５１を用いた光
デバイス構造では、テーパ面５３がレンズのような曲面
形状であり、その表面に光を反射させる薄膜からなるミ
ラー５７が形成される。ガイド溝５２には、光ファイバ
５５が実装固定される。この光ファイバ５５は、ガイド
溝５２上に載置されればよいが、図６のように端面がテ
ーパ面５３に突き当てられるようにするのが特性上好ま
しい。この光ファイバ５５は、平板ガラス板５８で押圧
されて固定される。この平板ガラス板５８は、光実装基
板５１に予め設けられたマーカ（図示せず）を用いて位
置決めされる。平板ガラス板５８の上方には、テーパ面
５３のミラー５７によって光路変換された光を受光する
位置に、面発光型レーザ５６が実装される。このとき、
平板ガラス板５８上に発光素子用の位置決めマーカ（図
示せず）を設けることにより、面発光型レーザ５６をパ
ッシブアライメントで実装することが容易となる。すな
わち、平板ガラス板５８と光実装基板５１との位置合わ
せ、及び平板ガラス板５８と面発光型レーザ５６との位
置合わせを、それぞれマーカを目印に行うことで、光実
装基板５１と面発光型レーザ５６との位置合わせが可能
となるのである。なお、光ファイバ５５や平板ガラス板
５８の固定には、例えば紫外線硬化樹脂を用いればよ
い。
【００３６】この構造によって、面発光型レーザ５６か
ら出射された光は、広がりながらテーパ面５３に到達す
る。この到達した光は、テーパ面５３に形成されたミラ
ー５７によって反射されかつ集光され、光ファイバ５５
に結合される（図６の矢印を参照）。このように、この
光実装基板５１を用いた図６に示す光デバイスは、光送
信モジュールとして機能する。なお、面発光型レーザ５
６を面受光型フォトダイオードに置き換えれば、光ファ
イバ５５からの出射光を、ミラー５７によって反射かつ
集光して、面受光型フォトダイオードに入射するとい
う、光受信モジュールとして機能させることも可能であ
る。
【００３７】このように、本発明の第３の実施形態に係
る光実装基板５１を用いれば、面発光型レーザ５６から
出射される光を、容易に光路変換して光ファイバ５５へ
光結合できる光デバイスを製作することができる。ま
た、部品実装時に光ファイバ５５の回転を注意する必要
もなくなる。なお、テーパ面５３のミラー５７は、直接
メッキや真空プロセスによって金属膜を塗布して形成し
てもよいし、予め他の樹脂基板上にミラーを形成して、
その基板をテーパ面５３に貼り付けることで形成しても
よい。また、ミラー以外に、対象となる光波長に対して
反射する多層膜のフィルタを、テーパ面５３に形成して
もよい。また、ガイド溝５２の断面形状は、Ｖ字形状で
ある必要はなく、光ファイバ５５を位置決めできるもの
であれば、矩形形状や半円形状又はこれに類する形状で
あっても何ら構わない。
【００３８】（第４の実施形態）上記第１〜第３の実施
形態では、光ファイバを固定するガイド溝を備えた光実
装基板を説明した。以下の実施形態では、光ファイバと
同様に、光をコアに閉じこめて導波する機能を有する光
導波路のコアパターンに対応した導波路溝を備えた、光
実装基板及び光デバイスを説明する。
【００３９】図７は、本発明の第４の実施形態に係る光
実装基板７１の形状を示す図である。図７において、光
実装基板７１の表面には、光導波路のコアパターンに対
応した導波路溝７２と、導波路溝７２に連設される所定
の角度（光実装基板７１の表面に対する角度）のテーパ
面７３とが形成されている。光実装基板７１の表面は、
導波路溝７２が形成される面とその他の面とで所定の段
差が付けられている。図８は、図７の光実装基板７１
に、面受光型フォトダイオード７６を実装した光デバイ
スの斜視図及び断面図を示す。
【００４０】ここで、導波路溝７２に光導波路を形成す
る手法を、図９を参照して説明する。図９は、光実装基
板７１に形成される光導波路の断面図である。まず、導
波路溝７２が形成された光実装基板７１と同程度の屈折
率を有する透明基材９１に、光実装基板７１及び透明基
材９１より屈折率の高い紫外線硬化接着剤９２を薄く塗
布したものを用意する（図９（ａ））。そして、紫外線
硬化接着剤９２が塗布された面を導波路溝７２側にし
て、光実装基板７１と透明基材９１とを貼り合わせる
（図９（ｂ））。最後に、これに紫外線を照射すること
により、双方を接着固定させる。この形成手法では、貼
り合わせ時にできる導波路溝７２部分以外の接着層を十
分薄くすることによって、導波路溝７２内に埋め込まれ
た紫外線硬化接着剤９２部分を光導波路として機能させ
ることができる。
【００４１】図８において、光実装基板７１を用いた光
デバイス構造では、導波路溝７２を覆うように、紫外線
硬化接着剤を介して平板ガラス板７８が光実装基板７１
に貼り合わされる。この紫外線硬化接着剤は、上述した
ように光実装基板７１及び平板ガラス板７８よりも高い
屈折率を有する。これにより、導波路溝７２が光導波路
として機能する。なお、平板ガラス板７８の厚みは、光
実装基板７１に貼り合わされたときの上面が、光実装基
板７１の他の面と平行となるように設定されるのが好ま
しい。また、テーパ面７３には、光を反射させる薄膜か
らなるミラー７７が形成される。光実装基板７１及び平
板ガラス板７８の上方には、面受光型フォトダイオード
７６が、テーパ面７３のミラー７７によって光路変換さ
れた光を受光する位置に実装される。特に、受光素子用
の位置決めマーカ（図示せず）を光実装基板７１又は平
板ガラス板７８上に設ければ、面受光型フォトダイオー
ド７６をパッシブアライメントで実装することは容易で
ある。
【００４２】この構造によって、導波路溝７２で構成さ
れた光導波路を図８中左から右方向に導波する光は、光
導波路の右端面から出射された後、テーパ面７３に形成
されたミラー７７によって反射され、面受光型フォトダ
イオード７６に入射される（図８の矢印を参照）。この
ように、この光実装基板７１を用いた図８に示す光デバ
イスは、光受信モジュールとして機能する。
【００４３】このように、本発明の第４の実施形態に係
る光実装基板７１を用いれば、容易に光導波路を形成で
きると共に、光導波路から出射される光を容易に光路変
換できる光デバイスを製作することができる。
【００４４】（第５の実施形態）図１０は、本発明の第
５の実施形態に係る光実装基板１０１の形状を示す図で
ある。図１０において、光実装基板１０１の表面には、
レーザを位置決めするためのステージ１０９と、所定の
角度（光実装基板１０１の表面に対する角度）のテーパ
面１０３とが形成されている。また、光実装基板１０１
の表面は、ステージ１０９が形成される面とその他の面
とで所定の段差が付けられている。図１１は、図１０の
光実装基板１０１に、導波路型レーザ１１０及び面受光
型フォトダイオード１０６を実装した光デバイスの斜視
図及び断面図を示す。
【００４５】図１１において、光実装基板１０１を用い
た光デバイス構造では、テーパ面１０３に光を反射させ
る薄膜からなるミラー１０７が形成される。導波路型レ
ーザ１１０は、ステージ１０９に設けられた位置決めマ
ーカ（図示せず）を用いて、ステージ１０９上にパッシ
ブアライメントで実装される。ここで、光実装基板１０
１のステージ１０９が形成される面は、載置される導波
路型レーザ１１０の出射光がテーパ面１０３に当たるよ
うに形成される。一方、面受光型フォトダイオード１０
６も、光実装基板１０１に設けられた位置決めマーカ
（図示せず）を用いて、テーパ面１０３のミラー１０７
によって光路変換された光を受光する位置にパッシブア
ライメントで実装される。
【００４６】この構造によって、導波路型レーザ１１０
から図１１中向かって左方向へ出射される主要光が、例
えばレンズ等を通して光ファイバ（図示せず）に結合さ
れ、右方向へ出射される副光が、テーパ面１０３に形成
されたミラー１０７によって反射され、面受光型フォト
ダイオード１０６に入射される（図１１の矢印を参
照）。このように、この光実装基板１０１を用いた図１
１に示す光デバイスは、導波路型レーザ１１０の光出力
をモニタできる光送信モジュールとして機能する。
【００４７】このように、本発明の第５の実施形態に係
る光実装基板１０１を用いれば、導波路型レーザ１１０
から出射される光を、容易に光路変換してレーザ光の強
度をモニタできる光デバイスを製作することができる。
【００４８】（第６の実施形態）図１２は、本発明の第
６の実施形態に係る光実装基板１２１の形状を示す図で
ある。図１２において、光実装基板１２１の表面には、
光導波路のコアパターンに対応した導波路溝１２２と、
レーザを位置決めするためのステージ１２９と、所定の
角度（光実装基板１２１の表面に対する角度）のテーパ
面１２３とが形成されている。また、光実装基板１２１
の表面は、導波路溝１２２が形成される面、ステージ１
２９が形成される面及びその他の面との間で、所定の段
差が付けられている。図１３は、図１２の光実装基板１
２１に、導波路型レーザ１３０及び面受光型フォトダイ
オード１２６を実装した光デバイスの斜視図及び断面図
を示す。
【００４９】図１３において、光実装基板１２１を用い
た光デバイス構造では、導波路溝１２２を覆うように、
紫外線硬化接着剤を介して平板ガラス板１２８が光実装
基板１２１に貼り合わされる。この紫外線硬化接着剤
は、上記第４の実施形態の場合と同様に、光実装基板１
２１及び平板ガラス板１２８よりも高い屈折率を有す
る。これにより、導波路溝１２２が光導波路として機能
する。導波路型レーザ１３０は、ステージ１２９に設け
られた位置決めマーカ（図示せず）を用いて、ステージ
１２９上にパッシブアライメントで実装される。ここ
で、光実装基板１２１のステージ１２９が形成される面
は、載置される導波路型レーザ１３０から出射される主
要光の光軸が導波路溝１２２によって形成される光導波
路の光軸と一致するように、かつ副光の光軸がテーパ面
１２３に当たるように形成される。テーパ面１２３に
は、光を反射させる薄膜からなるミラー１２７が形成さ
れる。一方、面受光型フォトダイオード１２６は、光実
装基板１２１に設けられた位置決めマーカ（図示せず）
を用いて、テーパ面１２３のミラー１２７によって光路
変換された光を受光する位置にパッシブアライメントで
実装される。
【００５０】この構造によって、導波路型レーザ１３０
から図１３中向かって左方向へ出射される主要光が、導
波路溝１２２によって形成される光導波路に結合され、
右方向へ出射される副光が、テーパ面１２３に形成され
たミラー１２７によって反射され、面受光型フォトダイ
オード１２６に入射される（図１３の矢印を参照）。こ
のように、この光実装基板１２１を用いた図１３に示す
光デバイスは、上記第４及び第５の実施形態による光デ
バイスを複合化させた光送信モジュールとして機能す
る。
【００５１】このように、本発明の第６の実施形態に係
る光実装基板１２１を用いれば、容易に光導波路を形成
できると共に、導波路型レーザ１３０から出射される主
要光を光導波路へ光結合でき、かつ、副光を容易に光路
変換してレーザ光の強度をモニタできる光デバイスを製
作することができる。
【００５２】なお、上記第４〜第６の実施形態におい
て、テーパ面７３，１０３，１２３のミラー７７，１０
７，１２７は、直接メッキや真空プロセスによって金属
膜を塗布して形成してもよいし、予め他の基板上にミラ
ーを形成して、その基板をテーパ面に貼り付けることで
形成してもよい。また、ミラー以外に、対象となる光波
長に対して反射する多層膜のフィルタを、テーパ面に形
成してもよい。また、テーパ面７３，１０３，１２３
は、実用上３０°〜７０°が望ましい。特に、テーパ面
に多層膜フィルタを形成する場合には、偏光による特性
差が小さくなる６０°以上の角度にするのが望ましい。
また、テーパ面は、曲面形状であってもよい。
【００５３】最後に、上記第１〜第６の実施形態に係る
光実装基板を成形する最適な方法を説明する。この方法
は、光実装基板用の金型を製作し、高温加熱させて軟化
したガラス材料にこの金型を押し付けて形状を転写する
プレス成形によって、光実装基板を成形するものであ
る。光実装基板の材料としては、熱的、機械的、化学的
に安定な性質を有するガラスが望ましいが、プレス成形
可能なものであれば他のものであっても構わない。な
お、本願発明者は、貴金属合金からなる保護膜を形成し
た超硬合金の金型を、窒素ガス雰囲気下にて５８０℃に
加熱された光学ガラス基板に押し付けることで、プレス
成形が可能なことを実験で確認している。以下、光実装
基板を製作する上で最も重要な金型の加工方法、具体的
にはマイクロ放電加工を用いた金型の加工方法について
説明する。なお、マイクロ放電加工については、精密工
学会誌ｖｏｌ．６１，Ｎｏ．１０，ｐ１３７０（１９９
５）、又は光アライアンス １９９５．３ ｐ２８が参
考となる。
【００５４】図１４は、一般的な放電加工の原理を説明
するための概略構成図である。図１４において、回転軸
であるマンドレル１４１の先端に取り付けられた工具電
極１４２及び被加工物であるワーク１４３（電極として
機能する）は、絶縁液１４４に浸されている。この一般
的な放電加工では、工具電極１４２とワーク１４３との
間に放電発生部１４５によって所定の電圧を加えなが
ら、互いの電極を近づけることで放電を生じさせ、この
放電によってワーク１４３を溶融除去する。そして、ワ
ーク１４３の溶融によりギャップが広がった分だけ、さ
らに工具電極１４２を送り出す。この繰り返しにより、
ワーク１４３が所望する形状に加工される。
【００５５】マイクロ放電加工も同様の加工原理に基づ
くが、放電回路を工夫することで放電エネルギーを通常
の１／１００程度にして、サブミクロンオーダーの粗加
工とミクロンオーダーの精密加工との双方を実現するも
のである。このマイクロ放電加工は、主に次のような特
徴を有する。 （１）非接触加工であるため、曲面加工が可能 （２）導電性のある材料であれば、機械的な硬さを問わ
ずに加工が可能 （３）小さい（０．１μｍ程度）加工が可能 （４）数ミクロン径程度の工具が使用可能なので、微小
形状の加工が可能
【００５６】ここで、本発明の各実施形態に係る光実装
基板を成形する過程で重要とする点は、マイクロ放電加
工の精密加工性を用いて、ワークだけではなく工具電極
自体の形状についてもマイクロ放電加工で仕上げること
にある。このようにすれば、あらゆる形状（例えば、円
柱状に限らず、三角柱状や四角柱状）の工具電極が、数
ミリ以上の長さ単位で実現可能となる。例えば、焼結ダ
イヤモンド等からなる工具電極の先端を、円柱状や円錐
状に精密加工できるので、この工具電極を金型の微小研
削用として使用することができる。
【００５７】この工具電極を精密加工する方法を、図１
５を参照して説明する。なお、工具電極の精密加工に適
用させる加工方法は、特開２００１−５４８０８号公報
にて開示されている技術である。図１５において、マン
ドレル１５１の先端には、加工対象となるシャフト状の
工具材料１５２が取り付けられている。この工具材料１
５２の位置は、モータ１５６を備えたＺステージ１５７
によって、回転軸方向に上下移動させることができる。
一方、Ｘ−Ｙステージ１５８上に載置された加工槽１５
９内には、放電加工用電極板１５３が固定されている。
図１５の例では、放電加工用電極板１５３は、Ｙ軸に平
行かつＸ−Ｙ平面に対して４５°傾斜を持たせて固定さ
れている。加工槽１５９内は、絶縁液１５４で満たされ
ている。また、工具材料１５２と放電加工用電極板１５
３との間には、微小エネルギーの放電パルス発生が可能
なＲＣ回路で構成される放電発生部１５５が接続されて
いる。これにより、工具材料１５２に対して、μｍオー
ダーのマイクロ放電加工を実施できるようになってい
る。このような装置構成において、回転（又は往復）動
作させた工具材料１５２を、Ｚステージ１５７を用いて
放電加工用電極板１５３側へ送り出しながらマイクロ放
電加工することにより、工具材料１５２の先端を任意の
形状に加工することができる。図１５では、工具材料１
５２を回転動作させて、その先端を円錐状に加工させる
例を示している。なお、金属をバインダーとした焼結ダ
イヤモンドは導電性を有するので、工具材料１５２とし
て用いることができる。
【００５８】このとき、金型製作における効率的な作業
を考えると、工具材料１５２の加工が完了した後の作業
は次のようになる。Ｘ−Ｙステージ１５８及びＺステー
ジ１５７を用いて、加工された工具材料１５２、すなわ
ち工具電極を、予め加工槽１５９内に固定しておいたワ
ーク１６０側に移動させて位置決めをする。なお、この
位置決めは、工具電極をワーク１６０に接近させながら
両者間の導通を検出することによって可能である。次
に、工具電極を回転させて、ワーク１６０の表面に予め
加工された精密仕上げが必要な部分（図１５の例では、
Ｖ形状突起部分の斜面）に押し当てながら任意の方向に
移動させる。これにより、この例では、Ｖ形状突起部分
の斜面の形状精度及び面精度を向上させることができ
る。
【００５９】例えば、上記第１の実施形態に係る光実装
基板１１の成形に使用される金型は、図１６のように、
ガイド溝１２を成形するための突起部１６１を表面に備
えた金型である。このような三角柱状の突起部１６１を
金型に形成するには、図１７（ａ）に示すような三角柱
状の工具電極１７１及び小刀形状の工具電極１７２を製
作する。そして、まず、ワーク１７３を立てた状態で工
具電極１７１を用いてマイクロ放電加工を行って（図１
７（ｂ））、ワーク１７３の表面に三角柱状の突起部を
粗加工する（同図（ｃ））。そして、次に、ワーク１７
３を寝かせた状態で工具電極１７２を用いてマイクロ放
電加工を行って（図１７（ｄ））、ワーク１７３に形成
された突起部１６１の表面を精密加工する（同図
（ｅ））。
【００６０】このように、精密加工された工具電極を用
いる方法であれば、従来では不可能であった、サブミク
ロンの形状精度、及び面粗さとしてＲａ２０ｎｍ以下の
鏡面処理を実現した超硬合金の金型を製作することが可
能となる。従って、金型表面の面精度がよくなれば、金
型によって成形される光実装基板に実装されるの光ファ
イバ等の各部品の実装位置決めの精度（ガイド溝の面精
度等）がよくなり、光結合効率等の性能が向上する。そ
れだけでなく、金型表面の面精度がよくなれば、成形時
の離型が容易になるので金型への負荷が低減し、金型の
耐久性が向上して生産性や経済性の面でも好ましい。な
お、従来のマイクログラインダーによる研削加工では、
上述した値の数倍以上の面粗さとなる。これは、同じ研
削加工でもマイクログラインダーでは、その加工原理上
連続かつ高速で深く加工を行う必要があるため、仕上が
り面の面精度が低下するものと考えられるからである。
【００６１】参考として、マイクログラインダーが用い
られる従来の一般的なＶ溝を成形する金型の加工方法を
示しておく。マイクログラインダーの研削用砥石には、
先端がＶ字状に仕上られた円形のダイヤモンド砥石１８
１が用いられる。図１８（ａ）に示すように、この砥石
１８１を平板状の超硬合金１８２の端部から研削加工す
ることで、同図（ｂ）のような金型１８３が得られる。
しかしながら、マイクログラインダーで加工できる面精
度には限界があり、例えば、図１６に示した光実装基板
１１用の金型においては、突起部１６１のテーパ面１３
に対応する部分を十分な反射率を得られるように加工で
きない。すなわち、本例のような複雑な形状をマイクロ
グラインダーで加工することは極めて困難であり、単純
な形状の金型しか製作できないのである。
【００６２】以上のように、マイクロ放電加工を工具電
極の加工に利用することにより、様々な形状の精密な工
具電極を製作することができるので、この工具電極を用
いて複雑な形状の金型を製作することができる。従っ
て、この金型を用いたプレス成形によって、光実装基板
を大量かつ安価に製造できる。これにより、光ファイ
バ、光導波路、受発光素子等を無調整で光実装基板に実
装できるようになるので、これらで構成される光デバイ
ス（又は光送受信モジュール）をも大量かつ安価に製造
することが可能となる。なお、上記説明では、金型の材
料として超硬合金を一例に挙げているが、導電性、耐熱
性及び機械的強度を有する材料であれば、ＳＵＳ等であ
ってもよい。又は、金型の母材として超硬合金等を用
い、その表面に貴金属合金膜等の導電性のある膜を形成
しておき、この膜を形状加工してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光実装基板の形
状を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る光実装基板を用いた光デ
バイスの断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る光実装基板の形
状を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る光実装基板を用いた光デ
バイスの断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る光実装基板の形
状を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る光実装基板を用いた光デ
バイスの断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る光実装基板の形
状を示す図である。
【図８】第４の実施形態に係る光実装基板を用いた光デ
バイスの斜視図及び断面図である。
【図９】光実装基板上の導波路溝を用いた光導波路の形
成手法を説明する図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る光実装基板の
形状を示す図である。
【図１１】第５の実施形態に係る光実装基板を用いた光
デバイスの断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る光実装基板の
形状を示す図である。
【図１３】第６の実施形態に係る光実装基板を用いた光
デバイスの斜視図及び断面図である。
【図１４】一般的な放電加工の原理を説明するための概
略構成図である。
【図１５】マイクロ放電加工を用いて工具電極を精密加
工する方法を説明するための図である。
【図１６】第１の実施形態に係る光実装基板の成形に使
用される金型を示す図である。
【図１７】マイクロ放電加工により精密加工された工具
電極を用いて金型を製作する様子を示す図である。
【図１８】従来の一般的なＶ溝を成形する金型の加工方
法を示す図である。
【図１９】従来の光実装基板を用いた光デバイスの断面
図である。
【図２０】従来の光実装基板を用いた光デバイスの断面
図である。
【符号の説明】
１１，３１，５１，７１，１０１，１２１…光実装基板 １２，３２，５２…ガイド溝 １３，３３，５３，７３，１０３，１２３…テーパ面 １５，３５，５５，１９１…光ファイバ １６，３６，７６，１０６，１２６，１９３，２０３…
面受光型フォトダイオード １７，５７，７７，１０７，１２７，１９２…ミラー ３４…斜面 ３７…回折格子 ３８，５８，７８，１２８…平板ガラス板 ３９…吸収膜 ５６…面発光型レーザ ７２，１２２…導波路溝 ９１…透明基材 ９２…紫外線硬化接着剤 １０９，１２９…ステージ １１０，１３０…導波路型レーザ １４１，１５１…マンドレル １４２，１７１，１７２…工具電極 １４３，１６０，１７３…ワーク １４４，１５４…絶縁液 １４５，１５５…放電発生部 １５２…工具材料 １５３…放電加工用電極板 １５６…モータ １５７…Ｚステージ １５８…Ｘ−Ｙステージ １５９…加工槽 １６１…突起部 １８１…ダイヤモンド砥石 １８２…超硬合金 １８３…金型 ２０１…反射体 ２０２…導波層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東城 正明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 和田 紀彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 BA11 CA33 CA38 DA03 DA04 DA06 DA12 2H047 KA04 LA01 LA09 MA07 PA24 PA26 QA04 QA05 TA43 5F073 AB16 AB28 AB29 FA04 FA07 FA16 FA22 FA23 5F088 BA16 BB01 JA14 JA20

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学部品及び／又は光学素子を実装する
    ための光実装基板であって、 所定の加工方法で製作された金型を、高温加熱で軟化し
    た基板材料に押し付けて当該金型の反転形状を転写させ
    ることで成形され、 表面に、光ファイバを位置決めするためのガイド溝と、
    当該ガイド溝に連接されかつガイド溝に実装される光フ
    ァイバの光軸上に位置し、光路を反射によって変換させ
    るテーパ面とを備えたことを特徴とする、光実装基板。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の光実装基板において、
    前記ガイド溝に光ファイバを載置し、所定の基板による
    上方向からの押圧によって光ファイバを実装固定した、
    光デバイス。
  3. 【請求項３】 光学部品及び／又は光学素子を実装する
    ための光実装基板であって、 所定の加工方法で製作された金型を、高温加熱で軟化し
    た基板材料に押し付けて当該金型の反転形状を転写させ
    ることで成形され、 表面に、光導波路コアパターンに対応する導波路溝と、
    当該導波路溝に隣接されかつ導波路溝に形成される光導
    波路の光軸上に位置し、光路を反射によって変換させる
    テーパ面とを備えたことを特徴とする、光実装基板。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の光実装基板において、
    前記導波路溝に当該光実装基板よりも屈折率が高いコア
    材料を充填した後、所定の基板を、当該コア材料よりも
    屈折率が低い接着剤を用いて前記導波路溝上に貼り合わ
    せた、光デバイス。
  5. 【請求項５】 光学部品及び／又は光学素子を実装する
    ための光実装基板であって、 所定の加工方法で製作された金型を、高温加熱で軟化し
    た基板材料に押し付けて当該金型の反転形状を転写させ
    ることで成形され、 表面に、受発光素子を位置決めするためのステージと、
    当該ステージに実装される受発光素子の光軸上に位置
    し、光路を反射によって変換させるテーパ面とを備えた
    ことを特徴とする、光実装基板。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の光実装基板において、
    前記ステージに発光素子を実装固定した、光デバイス。
  7. 【請求項７】 表面に、前記ステージに載置される受発
    光素子と光軸が一致する光導波路コアパターンに対応す
    る導波路溝を、さらに備えたことを特徴とする、請求項
    ５に記載の光実装基板。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の光実装基板において、
    前記導波路溝に当該光実装基板よりも屈折率が高いコア
    材料を充填した後、所定の基板を、当該コア材料よりも
    屈折率が低い接着剤を用いて前記導波路溝上に貼り合わ
    せ、前記ステージに発光素子を実装固定した、光デバイ
    ス。
  9. 【請求項９】 前記テーパ面に、ミラー効果を有する薄
    膜素子を備えたことを特徴とする、請求項１、３、５又
    は７のいずれかに記載の光実装基板。
  10. 【請求項１０】 前記テーパ面に、光波長に応じて光路
    が変化する回折格子を備えたことを特徴とする、請求項
    １、３、５又は７のいずれかに記載の光実装基板。
  11. 【請求項１１】 前記テーパ面を曲面形状とし、複数の
    入射光を集光させて反射させる機能を備えたことを特徴
    とする、請求項１、３、５又は７のいずれかに記載の光
    実装基板。
  12. 【請求項１２】 前記テーパ面で変換される光路によっ
    て、前記ガイド溝に載置される光ファイバ又は前記導波
    路溝に形成される光導波路と、光学的に結合される面実
    装型受発光素子をさらに備えることを特徴とする、請求
    項２、４、６又は８のいずれかに記載の光デバイス。
  13. 【請求項１３】 ガラスによって構成されることを特徴
    とする、請求項１、３、５又は７のいずれかに記載の光
    実装基板。
  14. 【請求項１４】 通常研削用工具及びマイクロ放電加工
    によって製作された所望の精密研削用工具を用いた、マ
    イクロ放電加工によって製作された金型を、高温加熱で
    軟化した基板材料に押し付けて当該金型の反転形状を転
    写させることで成形されることを特徴とする、請求項
    １、３、５、７又は１３のいずれかに記載の光実装基
    板。
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