JP2004226940A - 光ファイバーアレイおよび光ファイバーアレイの製作方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の課題は、光ファイバーアレイにおいて光ファイバーの断面中心の位置精度が確保しにくく、かつ、光ファイバーを密着配置することができないという２つの問題を解決することである。
【解決手段】表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板上に位置決め基準となるストッパーまたは段差を設け、該ストッパーまたは段差の端面と基板の平面部または滑らかな曲面部とを基準に光ファイバーを密着配置で巻き付けて光ファイバーアレイを製作する。また、複列以上の光ファイバーアレイが必要な場合には、配列された光ファイバー上に光ファイバーどうしが接することによってできる窪みを案内として２列目以降の光ファイバーを配列する。光ファイバーを基板と押さえ板で挟んで一体に固定して端面を仕上げる。
【選択図】 図５
【解決手段】表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板上に位置決め基準となるストッパーまたは段差を設け、該ストッパーまたは段差の端面と基板の平面部または滑らかな曲面部とを基準に光ファイバーを密着配置で巻き付けて光ファイバーアレイを製作する。また、複列以上の光ファイバーアレイが必要な場合には、配列された光ファイバー上に光ファイバーどうしが接することによってできる窪みを案内として２列目以降の光ファイバーを配列する。光ファイバーを基板と押さえ板で挟んで一体に固定して端面を仕上げる。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マトリックス投影露光、光通信、各種光部品等に用いる光ファイバーの素線を一直線状または滑らかな曲線状に、単列または複数列に高精度に配列した光ファイバーアレイとその製作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバーを単列または複数列規則正しく並べて配列した光ファイバーアレイは、光ファイバーマトリックス投影露光、光通信、各種光部品等、様々な用途に使用されている。
【０００３】
光ファイバーマトリックス投影露光は、たとえば特開２００１−３１３２５１に開示されているように、光ファイバーアレイを通常の投影露光のレチクルの位置に配置して、光ファイバーアレイの各光ファイバーを要素光源として明暗のパターンを指定し、投影レンズ等の投影光学系を介して該パターンを被露光基板上に形成した感光性樹脂膜に投影露光転写する技術である。
【０００４】
従来の光ファイバーアレイの代表的な構成を図１５に示す。光ファイバー４１を規則正しく配列するため、基板４２にＶ字断面の溝を等間隔で設け、該Ｖ字断面の溝中に光ファイバー４１を配列してある。必要に応じて押さえ板４３で光ファイバー４１を押さえて接着剤４４で固定する。光ファイバー４１を基板４２に直接接着する場合もある。光ファイバー４１の断面の二重円はコアとクラッドを示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｖ字断面の溝を案内に用いる従来の光ファイバーアレイには、次に示すような課題がある。第１の課題は、基板４２のＶ字断面の溝の深さを精確に設定することが難しいことである。このため、基板４２の底面または上面を基準とした時の光ファイバー４１の断面中心の位置精度が確保しにくい。
【０００６】
また、第２の課題は、光ファイバー４１をぴったりくっつけて密着配置することはできず、わずかでも間隔を開けざるを得ないことである。
【０００７】
光ファイバー４１をぴったりくっつけて配置することができないと、たとえば、光ファイバーマトリックス投影露光に用いる際、光ファイバーのコア部を要素光源としてそれを連ねて任意のパターンを投影露光するので、光スポットの間隔が広くなり、パターンがうまくつながらずに接続部にくびれや出っ張りを生ずる結果となる。
【０００８】
上記の光ファイバー４１の断面中心の位置精度が確保しにくく、光ファイバー４１を密着配置することができないという２つの課題は製造方法に起因する。
【０００９】
図１５は図１１のＶ字断面の溝を有する基板４２の代表的な製作方法の説明図である。基板４２としてシリコン単結晶のウエハ５１を用い、図（ａ）に示すように、後にエッチングの保護膜とする酸化シリコン膜５２を付け、表面にレジスト５３を塗布する。
【００１０】
次に、図（ｂ）に示すように、レジスト５３をラインアンドスペース状のパタンに加工する。加工にはリソグラフィを用い、図１４の基板４２のＶ溝に対応する間隔のラインアンドスペース状にレジスト５３を露光した後、現像を行う。
【００１１】
次に、図（ｃ）に示すように、レジスト５３で形成したラインアンドスペース状のパタンをエッチングマスクとして、酸化シリコン膜５２をドライエッチング加工する。加工後にレジスト５３は剥離除去する。
【００１２】
さらに、図（ｄ）に示すように、酸化シリコン膜５２のラインアンドスペース状のパタンをエッチングマスクとして、シリコン単結晶のウエハ５１を強アルカリでウェットエッチングする。この時、シリコン単結晶のウエハ５１として結晶方位が適切なウエハを用いておけば、シリコン単結晶のウエハ５１は結晶方位に沿って選択エッチングされ、Ｖ字断面の溝５４が形成される。
【００１３】
最後に、図（ｅ）に示すように、酸化シリコン膜５２を除去すると断面はＶ字断面の溝５４を有するウエハとなる。
【００１４】
このようにしてＶ字断面の溝を有する基板４２を製作すると、レジスト５３で形成するラインアンドスペース状のパタンの線幅寸法の誤差、レジスト５３をエッチングマスクとして酸化シリコン膜５２をドライエッチング加工する時の寸法変換差、酸化シリコン膜５２をエッチングマスクとしてシリコン単結晶のウエハ５１を選択エッチングする時の寸法変換差が累積され、Ｖ字断面の溝５４の寸法を高精度で制御することは非常に難しくなる。また、Ｖ字断面の溝５４の数を増やすと、場所による露光やエッチングのむらがＶ字断面の溝の寸法のばらつきとなって現れる。
【００１５】
このため、図１４において基板４２の底面または上面を基準とした光ファイバー４１の断面中心の位置がふらつき、位置精度を確保できない。また、光ファイバー４１の断面中心が微視的に見ると一直線上に乗らない。
【００１６】
一方、基板４２のＶ字断面の溝の中心に光ファイバー４１が案内されるため、溝間隔の誤差や光ファイバー４１の直径寸法誤差があっても光ファイバー４１が配置できるように、基板４２のＶ字断面の溝の間隔は光ファイバー４１の直径寸法に対して余裕を持った寸法とせざるを得ない。
【００１７】
このため、光ファイバー４１をぴったりくっつけて密着配置することはできず、所定の間隔を開けざるを得ない。
【００１８】
基板４２のＶ字断面の溝の加工方法としては、以上のようにリソグラフィとエッチングを組み合わせる方法が最も代表的であるが、そのほかに基板４２をＶ字断面を有する砥石やカッターによって削ってＶ字断面の溝を形成する方法もある。
【００１９】
しかし、切削や研削によりＶ字断面の溝を形成する場合には、刃物の磨耗や温度上昇に起因して、加工するにつれてＶ字断面の溝の寸法や面の粗さが少しずつ変化するため、溝の寸法精度を得ることがさらに難しい。
【００２０】
また、使用する刃物の精度を厳重に管理した上で、加工環境や雰囲気も十分に制御する必要があり、機械、器具の性能維持、管理に多大のコストと労力がかかる。
【００２１】
一方、刃物または基板４２の機械的な移動によりＶ字断面の溝の間隔を決めるため、移動精度に応じて溝の間隔がばらつく。したがって、Ｖ字断面の溝の間隔は光ファイバー４１の直径寸法に対して余裕を持った間隔に設定することが必要である。このため、光ファイバー４１をぴったりくっつけて密着配置することはできず、所定の間隔を開けざるを得ない。
【００２２】
これらの課題に加え、従来のＶ字断面の溝を持った基板４２を作ってそのＶ字断面の溝内に光ファイバー４１を配置する従来の光ファイバーアレイは、製作に多大の時間を要し、なおかつ、リソグラフィやエッチングの設備または精密機械加工設備等の高価で大規模な設備、機械装置が必要となるという大きな課題を有していた。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
これらの課題に対し、本発明の光ファイバーアレイは、表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板上に位置決め基準となるストッパーまたは段差を有し、光ファイバーが前記ストッパー端面または段差端面と前記基板表面の平面部または滑らかな曲面部とを基準として隣どうしが互いに接した状態で配列され、前記基板と平行な平面部または滑らかな曲面部を表面に有する押さえ板が前記の配列された光ファイバー上に配置されていることを特徴とする。
【００２４】
また、複列以上の光ファイバーアレイについては、前記の配列された光ファイバー上に光ファイバーどうしが接することによってできる窪みを案内として２列目以降任意の列数の光ファイバーが配列され、前記基板と平行な平面部または滑らかな曲面部を表面に有する押さえ板が最上段の光ファイバー上に配置されていることを特徴とする。
【００２５】
さらに、光ファイバーアレイ断面の対称性を良くするため、配列した最後の光ファイバーに端面を接して別のストッパーを設けたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の光ファイバーアレイの製作方法は、巻き付け基体上に取り付けた、表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板上に、ストッパーまたは段差を基準として光ファイバーを隣どうしが互いに接した状態で巻き付ける工程と、前記基板と平行な平面部または滑らかな曲面部を有する押さえ板を前記の巻き付けた光ファイバー上に貼り付けもしくは取り付けて前記の基板、光ファイバー、押さえ板を一体とする工程と、前記一体とした基板、光ファイバー、押さえ板を前記巻き付け基体から取り外す工程と、該一体とした基板、光ファイバー、押さえ板に切削、研削、研磨のうちのいずれかもしくは２つ以上を施して該光ファイバーの断面が平滑になるように仕上げる工程とを含むことを特徴とする。
【００２７】
また、複列以上の光ファイバーアレイを製作するに当たっては、巻き付けた光ファイバーの隣どうしが互いに接した部分にできる窪みを案内として２列目以降任意の列数の光ファイバーを巻き付ける工程を含むことを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、光ファイバーの高さ方向の配置位置の基準が基板の表面となるため、光ファイバーの半径公差の範囲で精度良く光ファイバーの中心位置を基板上に設定することができる。
【００２９】
また、Ｖ字断面の溝がなくても、ストッパーを置くか基板に段差を設けるかして、配列方向の位置の基準面を設け、端の光ファイバーの円周を該基準面に押し当て、順次隣の光ファイバーと円周どうしが接するように配置するので、光ファイバーの配列方向の位置も精度良く決定することができる。
【００３０】
さらに、光ファイバーどうしが円周を接して配置されるので、光ファイバーは間隙なく光ファイバーの直径に等しい間隔で密着配置される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の光ファイバーアレイの構成図である。表面に平面または滑らかな曲面部を有する基板１上に光ファイバー２の配列方向の位置基準とするストッパー３を設ける。４は接着剤である。１本目の光ファイバー素線２ａを基板１とストッパー３に押し当てて配置し、２本目以降の光ファイバー素線２ｂ、２ｃ、・・・、２ｎは基板１上でそれぞれ１本前の光ファイバー素線２ａ、２ｂ、・・・、２ｍに押し当てて配置してある。ｍ、ｎは任意の整数である。
【００３２】
ストッパー５は光ファイバー２のストッパー３と逆側の端を押さえる部材であり、接着剤６により基板１に固定する。
【００３３】
表面に平面部を有する押さえ板７は光ファイバー２を押さえて固定する部材であり、８は接着剤である。隙間無しで並んだ光ファイバー２は両側をストッパー３およびストッパー５、上側を押さえ板７で囲まれ、固定されている。
【００３４】
光ファイバー素線２ａ、２ｂ、・・・、２ｎの断面の二重円は光ファイバー素線のコアとクラッドを示しており、この端面は、基板１および押さえ板７の端面の一部または全部と切削、研削、研磨のうちのいずれかもしくは２つ以上を施して同一平面上に平滑に仕上げてある。
【００３５】
図２は本発明の光ファイバーアレイの別の構成図である。図１と異なる点は、ストッパー３を基板１上に固定する代わりに、基板１１を用い、該基板１１の片側に基準面とするための段差１２を設けた点である。
【００３６】
このように構成すれば、基板１上にストッパー３を固定する工程が不要となり、一つの基板１１として製作できるので、光ファイバーアレイの製作時間を短縮できる。また、光ファイバー２の配置基準の位置精度が向上する。
【００３７】
図２では段差１２の上側が左端迄到達しているが、図１と同様の局部的突起状の段差でもよい。
【００３８】
ところで、図１および図２においては密着配列した光ファイバー２の最終の光ファイバー素線２ｎに接してストッパー５を設けたが、ストッパー５を設けずに最終の光ファイバー素線２ｎを基板１または基板１１に接着してもよい。
【００３９】
図３、図４はそのように構成した本発明の光ファイバーアレイの構成図であり、最終の光ファイバー素線２ｎを基板１または基板１１に接着剤９によって固定する。その他の構成は図１、図２と同じである。
【００４０】
図３、図４の相違は、基板１にストッパー３を取り付けて光ファイバー２の位置の基準としているか、基板１１の段差２１を光ファイバー２の位置の基準としているかの相違である。
【００４１】
図５は本発明の複列光ファイバーアレイの構成図である。表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板１上に位置決めの基準とするストッパー３が接着剤４で固定してある。光ファイバー２の１列目は図１と同様に密着配列で並べてあり、反対側のストッパー５が接着剤６で基板１に固定してある。
【００４２】
光ファイバー２の２列目は光ファイバー２の１列目の隣り合う窪みを案内として俵積みに配列してある。光ファイバー２の２列目上には表面に基板１と平行な平面部または滑らかな曲面部を有する押さえ板７が配置されている。８は接着剤である。
【００４３】
光ファイバー素線２ａ、２ｂ、・・・、２ｎの断面の二重円は光ファイバー素線のコアとクラッドを示しており、この端面は、光ファイバー２が一列の場合と同様、基板１および押さえ板７の端面の一部または全部と切削、研削、研磨のうちのいずれかもしくは２つ以上を施して同一平面上に平滑に仕上げてある。
【００４４】
図６は本発明の複列光ファイバーアレイの別の構成図である。図５と異なる点は、図５におけるストッパー３を設ける代わりに、片側に基準面とするための段差１２を設けた基板１１を配置している点である。
【００４５】
このように構成すれば、基板１上にストッパー３を固定する工程が不要となり、一つの基板１１として製作できるので、光ファイバーアレイの製作時間を短縮できる。また、光ファイバー２の配置基準の位置精度が向上する。
【００４６】
図６では段差１２の上面が左端迄到達しているが、図１と同様の局部的突起状の段差でもよい。
【００４７】
ところで、図５および図６においては密着配列した光ファイバー２の最終の光ファイバー素線２ｎに接してストッパー５を設けたが、最終の光ファイバー素線２ｎを基板１または基板１１に接着してもよい。
【００４８】
図７、図８はそのように構成した本発明の光ファイバーアレイの構成図であり、最終の光ファイバー素線２ｎを基板１または基板１１に接着剤１３によって固定する。その他の構成は図５、図６と同じである。
【００４９】
図７、図８の相違は、基板１にストッパー３を取り付けて光ファイバー２の位置の基準としているか、基板１１の段差１２を光ファイバー２の位置の基準としているかの相違である。
【００５０】
図５〜図８において、光ファイバー２の１列目の上面の全部または任意の一部と２列目の光ファイバー素線の全部または任意の一部とを接着剤１０により接着してもよい。
【００５１】
なお、図１〜図８において、基板１の表面または基板１１の表面と１列目の光ファイバー素線の全部または任意の一部を接着してもよい。
【００５２】
図１〜図８では、ストッパー３やストッパー５は基板１への固定を接着により行うようにしたが、ねじ止め、はめ込み等任意の固定方法で良いことは言う迄もない。ストッパー３やストッパー５の厚さも光ファイバー列全体の高さより低ければ任意でよい。また、押さえ板７の固定も任意の固定方法で良い。
【００５３】
また、図１〜図８では、表面に平面部を有する基板１および表面に平面部を有する押さえ板７を描いたが、用途により円弧状、楕円弧状等に配列した光ファイバーアレイが必要な場合には、基板１および押さえ板７の光ファイバー２に接する面を互いに平行な円筒面、楕円筒面等の任意の滑らかな曲面としてもよい。光ファイバーの繊維方向に傾斜した平面または曲がった曲面でもよく、光ファイバーの配列方向に傾斜した平面または曲がった曲面でもよい。
【００５４】
また、図１〜図８では、基板１の底面および押さえ板７の上面も平面形状としたが、これらの光ファイバー２に接しない面は任意の形状でよい。
【００５５】
図１〜図８の光ファイバーアレイを使用する場合の取り付け姿勢も任意であり、上記の各図に示した構成では基板１または基板１１を下側に描いているが、基板１または基板１１が上や横に来るようにしてもよい。
【００５６】
図９は本発明の単列光ファイバーアレイの別の構成図である。基板１または基板１１上には、本構成図に示すように密着配列した光ファイバーアレイを２箇所以上に設けてもよい。
【００５７】
光ファイバー２の素線数が増えると直径の公差やばらつきにより、密着配置した素線の位置誤差が累積する。図９に示すように構成すれば、本数を制限することにより、累積位置誤差を許容値以下とすることができる。
【００５８】
なお、光ファイバーアレイブロック間にストッパー３とストッパー５が並ぶので、光ファイバーアレイブロック間に配置される右端のストッパー５を次の光ファイバーアレイブロックの左端の位置決め基準とするストッパー３に兼用してもよい。
【００５９】
図１０は本発明の複列光ファイバーアレイの別の構成図であり、基板１または基板１１上に、光ファイバーアレイを２箇所以上に設けた例である。
【００６０】
光ファイバー２の素線数が増えると直径の公差やばらつきにより、密着配置した素線の位置誤差が累積する。図１０に示すように構成すれば、本数を制限することにより、累積位置誤差を許容値以下とすることができる。
【００６１】
なお、この場合も、光ファイバーアレイブロック間にストッパー３とストッパー５が並ぶので、光ファイバーアレイブロック間に配置される右端のストッパー５を次の光ファイバーアレイブロックの左端の位置決め基準とするストッパー３に兼用してもよい。
【００６２】
図９、図１０とも、光ファイバー２、基板１または基板１１、押さえ板７の端面の一部または全部に切削、研削、研磨のうちのいすれかもしくは２つ以上を施して同一平面上に平滑に仕上げてあることは図１〜図８と同様である。
【００６３】
また、図９、図１０いずれの構成においても、複数の光ファイバーアレイブロックの取り付け面とする基板１または基板１１の表面を連続した平面としたが、光ファイバー２が密着配置されている区間だけ、基板１または基板１１の表面が平面または滑らかな曲面であればよく、他の部分の形状は任意でよい。たとえば、複数の光ファイバーアレイブロックの取り付け面高さをずらしたりしてもよい。
【００６４】
次に本発明の光ファイバーアレイの製作方法の実施形態を説明する。図１１は本発明の単列光ファイバーアレイの製作方法の説明図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が図（ａ）のＡＡで切断した正面断面図であり、第三角法で描いてある。
【００６５】
厚板の両端を半円状にするなど、任意の滑らかな輪郭を有する巻き付け基体２１上に基板１を固定する。図１１には基板１を２個を描いたが、１個以上任意の個数で良い。任意の個数の基板１には、それぞれストッパー３を設ける。
【００６６】
基板１を固定するかわりに、図２、図４に示したように、光ファイバー２を配列する基準面とする段差１２を設けた基板１１を固定してもよい。基板１１を用いる場合も個数は任意でよい。
【００６７】
光ファイバー２を基板１のストッパー３または基板１１に設けた基準面とする段差１２に押しつけて巻き付け出し、次の巻き付け時からは先に巻いた一つ前の光ファイバー素線に押しつけて順次必要な回数巻き付ける。
【００６８】
基板１または基板１１の光ファイバー２が曲がる角部２２、２３は、この巻き付け工程の時点では、光ファイバー２が折れないように丸みを持たせておくことが望ましい。
【００６９】
巻き付け基体２１の上側、下側、側面等に光ファイバー２が最外面とならないようにするための任意の突起２３、２４、２５・・・を設けておけばなおよい。光ファイバー２を巻き付けた状態で巻き付け基体２１をどこかに置いたり、何かにぶつけてしまった時に光ファイバー２が保護される。
【００７０】
必要な回数だけ光ファイバー２を巻き付けたならば、最終の光ファイバー素線に押し当ててストッパー５（図示していない。）を基板１または基板１１に固定し、光ファイバー２が両側を拘束されて動かないようにする。
【００７１】
ストッパー５（図示していない。）を配置せずに、最終の光ファイバー素線を基板１または基板１１に接着固定してもよい。
【００７２】
基板１の表面または基板１１の表面の光ファイバー２を配列する部分に予め接着剤を塗布しておき、１列目の光ファイバー素線の全部または最終の光ファイバー素線を含む任意の一部を接着するようにしてもよい。
【００７３】
然る後、押さえ板７（図示していない。）を光ファイバー２上に置き、接着固定する。基板１または基板１１にねじ止め、はめ込み等任意の固定方法で固定しても良い。
【００７４】
以上の工程により、巻き付け基体３１上の基板１または基板１１に光ファイバー２がアレイ状に配列された状態で押さえ板７とともに一体に固定される。
【００７５】
図１１では、基板１を平板状に描いたが、用途により傾斜して配列したり円弧状、楕円弧状等に配列した光ファイバーアレイが必要な場合や、光ファイバーの繊維方向に傾斜して配列したり円弧状、楕円弧状等に配列した光ファイバーアレイが必要な場合が必要な場合には、基板１または基板１１および押さえ板７の光ファイバー２に接する面を互いに平行な傾斜面、円筒面、楕円筒面等の任意の滑らかな曲面としてもよい。
【００７６】
次に、図１１の左右に置いた基板１の中間等、適当な位置で光ファイバー２を切断し、前記の一体に固定した基板１、光ファイバー２、押さえ板７を巻き付け基体２１から取り外す。
【００７７】
そして、光ファイバー２の断面が出る端面を仕上げる。一体に固定した基板１、光ファイバー２、押さえ板７または一体に固定した基板１１、光ファイバー２、押さえ板７の端面に同時に切削、研削、研磨のうちのいずれかもしくは２つ以上を施して光ファイバーの断面が平滑になるように仕上げる。平面度や表面粗さの必要度に応じて適宜加工を施せばよい。切削、研削、研磨の方法、種類は任意である。
【００７８】
基板１または基板１１の切削、研削、研磨を施す端面の角に２１、２２のような丸みを持たせた場合には、端面が平面になるように丸み２１、２２がなくなるまで切削、研削、研磨を施こした方がよい。
【００７９】
光ファイバー２は全方位に動かないように固定されているため、基板１または基板１１や押さえ板７と一緒に端面を切削、研削、研磨しても配列は保持される。
【００８０】
最終の光ファイバー素線に接してストッパー５を配置した場合には、光ファイバー２が全方位を囲まれるため、端面を加工する際に良い平面度や表面粗さを出しやすい。基板１または基板１１とストッパー３、ストッパー５、押さえ板７の材料を同じにしておけば、左右上下の支持が対称になるのでなおよい。
【００８１】
次に本発明による多列光ファイバーアレイの製作方法について説明する。複列以上の多列光ファイバーアレイの製作方法を図１２に示す。
【００８２】
まず、単列の光ファイバーの場合と同様に光ファイバー２の１列目を必要な回数だけ巻き付け、巻き終わり側の光ファイバーに押し当ててストッパー５（図示していない。）を基板１または基板１１に固定し、光ファイバー２の１列目が両側を拘束されて動かないようにする。
【００８３】
ストッパー５（図示していない。）を配置せずに、最終の光ファイバー素線を基板１または基板１１に接着固定してもよい。
【００８４】
基板１の表面または基板１１の表面の光ファイバー２を配列する部分に予め接着剤を塗布しておき、１列目の光ファイバー素線の全部または１列目の最終の光ファイバー素線を含む任意の一部を接着するようにしてもよい。
【００８５】
然る後、光ファイバー２の１列目の隣どうしが接した部分にできる窪みに光ファイバー２の２列目を巻き付ける。多列の光ファイバーアレイが入用の場合には、光ファイバー２の２列目の隣どうしが接した部分にできる窪みに３列目を巻き付け、以下同様に重ねて光ファイバーを巻き付ける。
【００８６】
光ファイバー２の１列目の上面に接着剤を塗布しておき、２列目の光ファイバー素線の全部または任意の一部を接着するようにしてもよい。
【００８７】
光ファイバー２を３列以上とする時に、前列の光ファイバー２の上面に接着剤を塗布しておき、当該列の光ファイバー素線の全部または任意の一部を接着するようにしてもよい。
【００８８】
光ファイバー２の２列目以降を巻き付ける際は、各列の光ファイバー２が巻き付け基体３１上でからまり合わないように、巻き付けるルートを変えるか、既に巻き付けた列の光ファイバー２の外側に新たに巻き付けのガイド、たとえば丸棒３６を固定すればなおよい。
【００８９】
そして、押さえ板７を２列目以降、最上列の光ファイバー２上に置き、全部の光ファイバー２を基板１または基板１１上に接着固定する。ねじ止め、はめ込み等任意の固定方法で固定しても良い。
【００９０】
図１２では、基板１を平板状に描いたが、複列光ファイバーアレイの製作においても、用途により傾斜して配列したり円弧状、楕円弧状等に配列した光ファイバーアレイが必要な場合や、光ファイバーの繊維方向に傾斜して配列したり円弧状、楕円弧状等に配列した光ファイバーアレイが必要な場合が必要な場合には、基板１または基板１１および押さえ板７の光ファイバー２に接する面を互いに平行な傾斜面、円筒面、楕円筒面等の任意の滑らかな曲面としてもよい。
【００９１】
次に、図１２の左右に置いた基板１の中間等、適当な位置で光ファイバー２を切断し、前記の一体に固定した基板１、光ファイバー２、押さえ板７を巻き付け基体２１から取り外す。
【００９２】
そして、光ファイバー２の断面が出る端面を仕上げる。一体に固定した基板１、光ファイバー２、押さえ板７または一体に固定した基板１１、光ファイバー２、押さえ板７の端面に同時に切削、研削、研磨のうちのいずれかもしくは２つ以上を施して光ファイバーの断面が平滑になるように仕上げる。平面度や表面粗さの必要度に応じて適宜加工を施せばよい。切削、研削、研磨の方法、種類は任意である。
【００９３】
基板１または基板１１の切削、研削、研磨を施す端面の角に２１、２２のような丸みを持たせた場合には、端面が平面になるように丸み２１、２２がなくなるまで切削、研削、研磨を施こした方がよい。
【００９４】
光ファイバー２は全方位に動かないように固定されているため、基板１または基板１１や押さえ板７と一緒に端面を切削、研削、研磨しても配列は保持される。
【００９５】
最終の光ファイバー素線に接してストッパー５を配置した場合には、光ファイバー２が全方位を囲まれるため、端面を加工する際に良い平面度や表面粗さを出しやすい。基板１または基板１１とストッパー３、ストッパー５、押さえ板７の材料を同じにしておけば、左右上下の支持が対称になるのでなおよい。
【００９６】
単列の光ファイバーアレイ、複列の光ファイバーアレイを製作する場合とも、用途に応じて光ファイバー２の両端に光ファイバーアレイを製作してもよく、片端のみに光ファイバーアレイを製作してもよい。
【００９７】
たとえば、図９、図１０に示したように巻き付け基体２１の上に基板１または基板１１を２個固定し、その中間で光ファイバー２を切断すれば、両端に光ファイバーアレイを製作することができる。
【００９８】
また、基板１または１１を１個だけ巻き付け基体２１の上に固定し、光ファイバー２を切断すれば、片端のみに光ファイバーアレイを製作することができる。
【００９９】
基板１または１１を複数個巻き付け基体２１の上に固定した場合でも、光ファイバー２を適当に複数箇所で切断すれば、片端のみに光ファイバーアレイを製作することができることは明らかである。
【０１００】
光ファイバー２の片側を本発明の光ファイバーアレイとして、他端を従来の光ファイバーアレイや最密配列ではない光ファイバーアレイとしても勿論よい。
【０１０１】
【実施例】
図１３は複列光ファイバーアレイの製作例の断面顕微鏡写真である。直径１２５μｍのプラスチック製光ファイバー２の１列目をアクリル樹脂製の基板１上にストッパー３の端面を基準に並べ、反対側をストッパー５で拘束した後、接着剤９を光ファイバー２の１列目の上面に塗り、光ファイバー２の２列目を１列目の隣り合う窪みに俵積みに配列した。然る後、接着剤８を光ファイバー２の２列目の上面に塗り、押さえ板７で押し付けて固定した。
【０１０２】
光ファイバーアレイが高精度で製作できていることが分かる。なお、写真上でストッパー３の端面が斜めになっているかのように見えるのは、接着剤８のはみ出しによるものである。写真に見えている基板１および押さえ板７はそれぞれの一部である。
【０１０３】
このように構成すれば、光ファイバーアレイの配列の基準が縦横ともはっきりし、基板１または基板１１の底面や側面を仕上げ面として、基板１または基板１１の厚さや側面から基準とするストッパー３または段差部１２までの距離を予め測定しておけば、基板１または基板１１のをステージ等、他の物体に底面や側面を当てて取り付けても、取り付け基準面に対する光ファイバーアレイ中の光ファイバー２の位置を精確に設定できる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上に説明したように、従来の光ファイバーアレイにおいてはＶ字断面の溝に光ファイバーを入れて並べており、Ｖ字断面の溝の加工精度と均一性、再現性に難があるため、元の基板の基準面に対する光ファイバーの位置が精確でなかったのに対し、本発明の光ファイバーアレイにおいては、基板の位置基準面から所定の精確な位置に光ファイバーを配列することができる。
【０１０５】
また、平面基板の表面を基準に光ファイバーの高さが決まるので、高さが揃い、一直線状に配列した光ファイバーアレイを得ることができる。
【０１０６】
さらに、光ファイバーを隣どうし密着させた最密配置の光ファイバーアレイを得ることができる。
【０１０７】
このような本発明の光ファイバーアレイは、光ファイバーマトリックス投影露光に適用する際とくに効果を発揮する。
【０１０８】
本発明の光ファイバーアレイを通常の投影露光のレチクルの位置に配置して、光ファイバーアレイの各光ファイバーを要素光源として明暗のパターンを指定し、投影レンズ等の投影光学系を介して該パターンを感光性樹脂膜を形成した被露光基板上に投影露光転写する場合、光ファイバーが一直線状に配置されるので従来に比して投影露光、現像後、感光性樹脂に転写されるパターンの直線性が改良される。
【０１０９】
また、要素光源の間隔が狭まるので、円形の要素パターンどうしの接続間隔が狭まり、複列光ファイバーアレイを用いて、１列目の光ファイバーによる円形の要素パターンどうしの接続境界に２列目の光ファイバーによる円形の要素パターンの中心が来るように露光を重ねれば、投影露光、現像後、感光性樹脂に接続境界がほとんどない滑らかに連結されたパターンを転写することができる。
【０１１０】
単列の光ファイバーアレイでも、光ファイバーピッチの１／２すなわち光ファイバーの半径分だけずらして露光を重ねれば、同様に投影露光、現像後、感光性樹脂に接続境界がほとんどない滑らかに連結されたパターンを転写することができる。光ファイバービッチの１／３ずつずらして露光を重ねてもよい。
【０１１１】
このように、単列の光ファイバーアレイをつずらして露光を重ねる場合、本発明の光ファイバーアレイを用いれば、光ファイバーの中心が一直線上に並んでいるため、形成するパターンの直線性が従来より改善される。
【０１１２】
一方、本発明の光ファイバーアレイの製作方法をとれば、リソグラフィやエッチングの設備または精密機械加工設備等、高価で大規模な設備、機械装置は一切不要であり、基本的には、光ファイバーを巻き付けるだけなので、製作工数も大幅に減じられる。
【０１１３】
したがって、低価格、かつ、短納期で光ファイバーアレイを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単列光ファイバーアレイの構成図である。
【図２】本発明の単列光ファイバーアレイの別の構成図である。
【図３】本発明の単列光ファイバーアレイのさらに別の構成図である。
【図４】本発明の単列光ファイバーアレイのさらに別の構成図である。
【図５】本発明の複列光ファイバーアレイの構成図である。
【図６】本発明の複列光ファイバーアレイの別の構成図である。
【図７】本発明の複列光ファイバーアレイのさらに別の構成図である。
【図８】本発明の複列光ファイバーアレイのさらに別の構成図である。
【図９】本発明の単列光ファイバーアレイのさらに別の構成図である。
【図１０】本発明の複列光ファイバーアレイのさらに別の構成図である。
【図１１】本発明による単列光ファイバーアレイの製作方法の説明図である。
【図１２】本発明による複列光ファイバーアレイの製作方法の説明図である。
【図１３】本発明の実施例の複列光ファイバーアレイの断面顕微鏡写真である。
【図１４】従来の単列光ファイバーアレイの構成図である。
【図１５】従来の単列光ファイバーアレイの製作方法の説明図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 光ファイバー
３ ストッパー
５ ストッパー
７ 押さえ板
２１ 巻き付け基体
３１ 丸棒
３２ 丸棒
４１ 光ファイバー
４２ 基板
４３ 押さえ板
５１ シリコン単結晶の板
５２ 酸化シリコン膜
５３ レジスト
【発明の属する技術分野】
本発明は、マトリックス投影露光、光通信、各種光部品等に用いる光ファイバーの素線を一直線状または滑らかな曲線状に、単列または複数列に高精度に配列した光ファイバーアレイとその製作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバーを単列または複数列規則正しく並べて配列した光ファイバーアレイは、光ファイバーマトリックス投影露光、光通信、各種光部品等、様々な用途に使用されている。
【０００３】
光ファイバーマトリックス投影露光は、たとえば特開２００１−３１３２５１に開示されているように、光ファイバーアレイを通常の投影露光のレチクルの位置に配置して、光ファイバーアレイの各光ファイバーを要素光源として明暗のパターンを指定し、投影レンズ等の投影光学系を介して該パターンを被露光基板上に形成した感光性樹脂膜に投影露光転写する技術である。
【０００４】
従来の光ファイバーアレイの代表的な構成を図１５に示す。光ファイバー４１を規則正しく配列するため、基板４２にＶ字断面の溝を等間隔で設け、該Ｖ字断面の溝中に光ファイバー４１を配列してある。必要に応じて押さえ板４３で光ファイバー４１を押さえて接着剤４４で固定する。光ファイバー４１を基板４２に直接接着する場合もある。光ファイバー４１の断面の二重円はコアとクラッドを示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｖ字断面の溝を案内に用いる従来の光ファイバーアレイには、次に示すような課題がある。第１の課題は、基板４２のＶ字断面の溝の深さを精確に設定することが難しいことである。このため、基板４２の底面または上面を基準とした時の光ファイバー４１の断面中心の位置精度が確保しにくい。
【０００６】
また、第２の課題は、光ファイバー４１をぴったりくっつけて密着配置することはできず、わずかでも間隔を開けざるを得ないことである。
【０００７】
光ファイバー４１をぴったりくっつけて配置することができないと、たとえば、光ファイバーマトリックス投影露光に用いる際、光ファイバーのコア部を要素光源としてそれを連ねて任意のパターンを投影露光するので、光スポットの間隔が広くなり、パターンがうまくつながらずに接続部にくびれや出っ張りを生ずる結果となる。
【０００８】
上記の光ファイバー４１の断面中心の位置精度が確保しにくく、光ファイバー４１を密着配置することができないという２つの課題は製造方法に起因する。
【０００９】
図１５は図１１のＶ字断面の溝を有する基板４２の代表的な製作方法の説明図である。基板４２としてシリコン単結晶のウエハ５１を用い、図（ａ）に示すように、後にエッチングの保護膜とする酸化シリコン膜５２を付け、表面にレジスト５３を塗布する。
【００１０】
次に、図（ｂ）に示すように、レジスト５３をラインアンドスペース状のパタンに加工する。加工にはリソグラフィを用い、図１４の基板４２のＶ溝に対応する間隔のラインアンドスペース状にレジスト５３を露光した後、現像を行う。
【００１１】
次に、図（ｃ）に示すように、レジスト５３で形成したラインアンドスペース状のパタンをエッチングマスクとして、酸化シリコン膜５２をドライエッチング加工する。加工後にレジスト５３は剥離除去する。
【００１２】
さらに、図（ｄ）に示すように、酸化シリコン膜５２のラインアンドスペース状のパタンをエッチングマスクとして、シリコン単結晶のウエハ５１を強アルカリでウェットエッチングする。この時、シリコン単結晶のウエハ５１として結晶方位が適切なウエハを用いておけば、シリコン単結晶のウエハ５１は結晶方位に沿って選択エッチングされ、Ｖ字断面の溝５４が形成される。
【００１３】
最後に、図（ｅ）に示すように、酸化シリコン膜５２を除去すると断面はＶ字断面の溝５４を有するウエハとなる。
【００１４】
このようにしてＶ字断面の溝を有する基板４２を製作すると、レジスト５３で形成するラインアンドスペース状のパタンの線幅寸法の誤差、レジスト５３をエッチングマスクとして酸化シリコン膜５２をドライエッチング加工する時の寸法変換差、酸化シリコン膜５２をエッチングマスクとしてシリコン単結晶のウエハ５１を選択エッチングする時の寸法変換差が累積され、Ｖ字断面の溝５４の寸法を高精度で制御することは非常に難しくなる。また、Ｖ字断面の溝５４の数を増やすと、場所による露光やエッチングのむらがＶ字断面の溝の寸法のばらつきとなって現れる。
【００１５】
このため、図１４において基板４２の底面または上面を基準とした光ファイバー４１の断面中心の位置がふらつき、位置精度を確保できない。また、光ファイバー４１の断面中心が微視的に見ると一直線上に乗らない。
【００１６】
一方、基板４２のＶ字断面の溝の中心に光ファイバー４１が案内されるため、溝間隔の誤差や光ファイバー４１の直径寸法誤差があっても光ファイバー４１が配置できるように、基板４２のＶ字断面の溝の間隔は光ファイバー４１の直径寸法に対して余裕を持った寸法とせざるを得ない。
【００１７】
このため、光ファイバー４１をぴったりくっつけて密着配置することはできず、所定の間隔を開けざるを得ない。
【００１８】
基板４２のＶ字断面の溝の加工方法としては、以上のようにリソグラフィとエッチングを組み合わせる方法が最も代表的であるが、そのほかに基板４２をＶ字断面を有する砥石やカッターによって削ってＶ字断面の溝を形成する方法もある。
【００１９】
しかし、切削や研削によりＶ字断面の溝を形成する場合には、刃物の磨耗や温度上昇に起因して、加工するにつれてＶ字断面の溝の寸法や面の粗さが少しずつ変化するため、溝の寸法精度を得ることがさらに難しい。
【００２０】
また、使用する刃物の精度を厳重に管理した上で、加工環境や雰囲気も十分に制御する必要があり、機械、器具の性能維持、管理に多大のコストと労力がかかる。
【００２１】
一方、刃物または基板４２の機械的な移動によりＶ字断面の溝の間隔を決めるため、移動精度に応じて溝の間隔がばらつく。したがって、Ｖ字断面の溝の間隔は光ファイバー４１の直径寸法に対して余裕を持った間隔に設定することが必要である。このため、光ファイバー４１をぴったりくっつけて密着配置することはできず、所定の間隔を開けざるを得ない。
【００２２】
これらの課題に加え、従来のＶ字断面の溝を持った基板４２を作ってそのＶ字断面の溝内に光ファイバー４１を配置する従来の光ファイバーアレイは、製作に多大の時間を要し、なおかつ、リソグラフィやエッチングの設備または精密機械加工設備等の高価で大規模な設備、機械装置が必要となるという大きな課題を有していた。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
これらの課題に対し、本発明の光ファイバーアレイは、表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板上に位置決め基準となるストッパーまたは段差を有し、光ファイバーが前記ストッパー端面または段差端面と前記基板表面の平面部または滑らかな曲面部とを基準として隣どうしが互いに接した状態で配列され、前記基板と平行な平面部または滑らかな曲面部を表面に有する押さえ板が前記の配列された光ファイバー上に配置されていることを特徴とする。
【００２４】
また、複列以上の光ファイバーアレイについては、前記の配列された光ファイバー上に光ファイバーどうしが接することによってできる窪みを案内として２列目以降任意の列数の光ファイバーが配列され、前記基板と平行な平面部または滑らかな曲面部を表面に有する押さえ板が最上段の光ファイバー上に配置されていることを特徴とする。
【００２５】
さらに、光ファイバーアレイ断面の対称性を良くするため、配列した最後の光ファイバーに端面を接して別のストッパーを設けたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の光ファイバーアレイの製作方法は、巻き付け基体上に取り付けた、表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板上に、ストッパーまたは段差を基準として光ファイバーを隣どうしが互いに接した状態で巻き付ける工程と、前記基板と平行な平面部または滑らかな曲面部を有する押さえ板を前記の巻き付けた光ファイバー上に貼り付けもしくは取り付けて前記の基板、光ファイバー、押さえ板を一体とする工程と、前記一体とした基板、光ファイバー、押さえ板を前記巻き付け基体から取り外す工程と、該一体とした基板、光ファイバー、押さえ板に切削、研削、研磨のうちのいずれかもしくは２つ以上を施して該光ファイバーの断面が平滑になるように仕上げる工程とを含むことを特徴とする。
【００２７】
また、複列以上の光ファイバーアレイを製作するに当たっては、巻き付けた光ファイバーの隣どうしが互いに接した部分にできる窪みを案内として２列目以降任意の列数の光ファイバーを巻き付ける工程を含むことを特徴とする。
【００２８】
本発明によれば、光ファイバーの高さ方向の配置位置の基準が基板の表面となるため、光ファイバーの半径公差の範囲で精度良く光ファイバーの中心位置を基板上に設定することができる。
【００２９】
また、Ｖ字断面の溝がなくても、ストッパーを置くか基板に段差を設けるかして、配列方向の位置の基準面を設け、端の光ファイバーの円周を該基準面に押し当て、順次隣の光ファイバーと円周どうしが接するように配置するので、光ファイバーの配列方向の位置も精度良く決定することができる。
【００３０】
さらに、光ファイバーどうしが円周を接して配置されるので、光ファイバーは間隙なく光ファイバーの直径に等しい間隔で密着配置される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の光ファイバーアレイの構成図である。表面に平面または滑らかな曲面部を有する基板１上に光ファイバー２の配列方向の位置基準とするストッパー３を設ける。４は接着剤である。１本目の光ファイバー素線２ａを基板１とストッパー３に押し当てて配置し、２本目以降の光ファイバー素線２ｂ、２ｃ、・・・、２ｎは基板１上でそれぞれ１本前の光ファイバー素線２ａ、２ｂ、・・・、２ｍに押し当てて配置してある。ｍ、ｎは任意の整数である。
【００３２】
ストッパー５は光ファイバー２のストッパー３と逆側の端を押さえる部材であり、接着剤６により基板１に固定する。
【００３３】
表面に平面部を有する押さえ板７は光ファイバー２を押さえて固定する部材であり、８は接着剤である。隙間無しで並んだ光ファイバー２は両側をストッパー３およびストッパー５、上側を押さえ板７で囲まれ、固定されている。
【００３４】
光ファイバー素線２ａ、２ｂ、・・・、２ｎの断面の二重円は光ファイバー素線のコアとクラッドを示しており、この端面は、基板１および押さえ板７の端面の一部または全部と切削、研削、研磨のうちのいずれかもしくは２つ以上を施して同一平面上に平滑に仕上げてある。
【００３５】
図２は本発明の光ファイバーアレイの別の構成図である。図１と異なる点は、ストッパー３を基板１上に固定する代わりに、基板１１を用い、該基板１１の片側に基準面とするための段差１２を設けた点である。
【００３６】
このように構成すれば、基板１上にストッパー３を固定する工程が不要となり、一つの基板１１として製作できるので、光ファイバーアレイの製作時間を短縮できる。また、光ファイバー２の配置基準の位置精度が向上する。
【００３７】
図２では段差１２の上側が左端迄到達しているが、図１と同様の局部的突起状の段差でもよい。
【００３８】
ところで、図１および図２においては密着配列した光ファイバー２の最終の光ファイバー素線２ｎに接してストッパー５を設けたが、ストッパー５を設けずに最終の光ファイバー素線２ｎを基板１または基板１１に接着してもよい。
【００３９】
図３、図４はそのように構成した本発明の光ファイバーアレイの構成図であり、最終の光ファイバー素線２ｎを基板１または基板１１に接着剤９によって固定する。その他の構成は図１、図２と同じである。
【００４０】
図３、図４の相違は、基板１にストッパー３を取り付けて光ファイバー２の位置の基準としているか、基板１１の段差２１を光ファイバー２の位置の基準としているかの相違である。
【００４１】
図５は本発明の複列光ファイバーアレイの構成図である。表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板１上に位置決めの基準とするストッパー３が接着剤４で固定してある。光ファイバー２の１列目は図１と同様に密着配列で並べてあり、反対側のストッパー５が接着剤６で基板１に固定してある。
【００４２】
光ファイバー２の２列目は光ファイバー２の１列目の隣り合う窪みを案内として俵積みに配列してある。光ファイバー２の２列目上には表面に基板１と平行な平面部または滑らかな曲面部を有する押さえ板７が配置されている。８は接着剤である。
【００４３】
光ファイバー素線２ａ、２ｂ、・・・、２ｎの断面の二重円は光ファイバー素線のコアとクラッドを示しており、この端面は、光ファイバー２が一列の場合と同様、基板１および押さえ板７の端面の一部または全部と切削、研削、研磨のうちのいずれかもしくは２つ以上を施して同一平面上に平滑に仕上げてある。
【００４４】
図６は本発明の複列光ファイバーアレイの別の構成図である。図５と異なる点は、図５におけるストッパー３を設ける代わりに、片側に基準面とするための段差１２を設けた基板１１を配置している点である。
【００４５】
このように構成すれば、基板１上にストッパー３を固定する工程が不要となり、一つの基板１１として製作できるので、光ファイバーアレイの製作時間を短縮できる。また、光ファイバー２の配置基準の位置精度が向上する。
【００４６】
図６では段差１２の上面が左端迄到達しているが、図１と同様の局部的突起状の段差でもよい。
【００４７】
ところで、図５および図６においては密着配列した光ファイバー２の最終の光ファイバー素線２ｎに接してストッパー５を設けたが、最終の光ファイバー素線２ｎを基板１または基板１１に接着してもよい。
【００４８】
図７、図８はそのように構成した本発明の光ファイバーアレイの構成図であり、最終の光ファイバー素線２ｎを基板１または基板１１に接着剤１３によって固定する。その他の構成は図５、図６と同じである。
【００４９】
図７、図８の相違は、基板１にストッパー３を取り付けて光ファイバー２の位置の基準としているか、基板１１の段差１２を光ファイバー２の位置の基準としているかの相違である。
【００５０】
図５〜図８において、光ファイバー２の１列目の上面の全部または任意の一部と２列目の光ファイバー素線の全部または任意の一部とを接着剤１０により接着してもよい。
【００５１】
なお、図１〜図８において、基板１の表面または基板１１の表面と１列目の光ファイバー素線の全部または任意の一部を接着してもよい。
【００５２】
図１〜図８では、ストッパー３やストッパー５は基板１への固定を接着により行うようにしたが、ねじ止め、はめ込み等任意の固定方法で良いことは言う迄もない。ストッパー３やストッパー５の厚さも光ファイバー列全体の高さより低ければ任意でよい。また、押さえ板７の固定も任意の固定方法で良い。
【００５３】
また、図１〜図８では、表面に平面部を有する基板１および表面に平面部を有する押さえ板７を描いたが、用途により円弧状、楕円弧状等に配列した光ファイバーアレイが必要な場合には、基板１および押さえ板７の光ファイバー２に接する面を互いに平行な円筒面、楕円筒面等の任意の滑らかな曲面としてもよい。光ファイバーの繊維方向に傾斜した平面または曲がった曲面でもよく、光ファイバーの配列方向に傾斜した平面または曲がった曲面でもよい。
【００５４】
また、図１〜図８では、基板１の底面および押さえ板７の上面も平面形状としたが、これらの光ファイバー２に接しない面は任意の形状でよい。
【００５５】
図１〜図８の光ファイバーアレイを使用する場合の取り付け姿勢も任意であり、上記の各図に示した構成では基板１または基板１１を下側に描いているが、基板１または基板１１が上や横に来るようにしてもよい。
【００５６】
図９は本発明の単列光ファイバーアレイの別の構成図である。基板１または基板１１上には、本構成図に示すように密着配列した光ファイバーアレイを２箇所以上に設けてもよい。
【００５７】
光ファイバー２の素線数が増えると直径の公差やばらつきにより、密着配置した素線の位置誤差が累積する。図９に示すように構成すれば、本数を制限することにより、累積位置誤差を許容値以下とすることができる。
【００５８】
なお、光ファイバーアレイブロック間にストッパー３とストッパー５が並ぶので、光ファイバーアレイブロック間に配置される右端のストッパー５を次の光ファイバーアレイブロックの左端の位置決め基準とするストッパー３に兼用してもよい。
【００５９】
図１０は本発明の複列光ファイバーアレイの別の構成図であり、基板１または基板１１上に、光ファイバーアレイを２箇所以上に設けた例である。
【００６０】
光ファイバー２の素線数が増えると直径の公差やばらつきにより、密着配置した素線の位置誤差が累積する。図１０に示すように構成すれば、本数を制限することにより、累積位置誤差を許容値以下とすることができる。
【００６１】
なお、この場合も、光ファイバーアレイブロック間にストッパー３とストッパー５が並ぶので、光ファイバーアレイブロック間に配置される右端のストッパー５を次の光ファイバーアレイブロックの左端の位置決め基準とするストッパー３に兼用してもよい。
【００６２】
図９、図１０とも、光ファイバー２、基板１または基板１１、押さえ板７の端面の一部または全部に切削、研削、研磨のうちのいすれかもしくは２つ以上を施して同一平面上に平滑に仕上げてあることは図１〜図８と同様である。
【００６３】
また、図９、図１０いずれの構成においても、複数の光ファイバーアレイブロックの取り付け面とする基板１または基板１１の表面を連続した平面としたが、光ファイバー２が密着配置されている区間だけ、基板１または基板１１の表面が平面または滑らかな曲面であればよく、他の部分の形状は任意でよい。たとえば、複数の光ファイバーアレイブロックの取り付け面高さをずらしたりしてもよい。
【００６４】
次に本発明の光ファイバーアレイの製作方法の実施形態を説明する。図１１は本発明の単列光ファイバーアレイの製作方法の説明図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が図（ａ）のＡＡで切断した正面断面図であり、第三角法で描いてある。
【００６５】
厚板の両端を半円状にするなど、任意の滑らかな輪郭を有する巻き付け基体２１上に基板１を固定する。図１１には基板１を２個を描いたが、１個以上任意の個数で良い。任意の個数の基板１には、それぞれストッパー３を設ける。
【００６６】
基板１を固定するかわりに、図２、図４に示したように、光ファイバー２を配列する基準面とする段差１２を設けた基板１１を固定してもよい。基板１１を用いる場合も個数は任意でよい。
【００６７】
光ファイバー２を基板１のストッパー３または基板１１に設けた基準面とする段差１２に押しつけて巻き付け出し、次の巻き付け時からは先に巻いた一つ前の光ファイバー素線に押しつけて順次必要な回数巻き付ける。
【００６８】
基板１または基板１１の光ファイバー２が曲がる角部２２、２３は、この巻き付け工程の時点では、光ファイバー２が折れないように丸みを持たせておくことが望ましい。
【００６９】
巻き付け基体２１の上側、下側、側面等に光ファイバー２が最外面とならないようにするための任意の突起２３、２４、２５・・・を設けておけばなおよい。光ファイバー２を巻き付けた状態で巻き付け基体２１をどこかに置いたり、何かにぶつけてしまった時に光ファイバー２が保護される。
【００７０】
必要な回数だけ光ファイバー２を巻き付けたならば、最終の光ファイバー素線に押し当ててストッパー５（図示していない。）を基板１または基板１１に固定し、光ファイバー２が両側を拘束されて動かないようにする。
【００７１】
ストッパー５（図示していない。）を配置せずに、最終の光ファイバー素線を基板１または基板１１に接着固定してもよい。
【００７２】
基板１の表面または基板１１の表面の光ファイバー２を配列する部分に予め接着剤を塗布しておき、１列目の光ファイバー素線の全部または最終の光ファイバー素線を含む任意の一部を接着するようにしてもよい。
【００７３】
然る後、押さえ板７（図示していない。）を光ファイバー２上に置き、接着固定する。基板１または基板１１にねじ止め、はめ込み等任意の固定方法で固定しても良い。
【００７４】
以上の工程により、巻き付け基体３１上の基板１または基板１１に光ファイバー２がアレイ状に配列された状態で押さえ板７とともに一体に固定される。
【００７５】
図１１では、基板１を平板状に描いたが、用途により傾斜して配列したり円弧状、楕円弧状等に配列した光ファイバーアレイが必要な場合や、光ファイバーの繊維方向に傾斜して配列したり円弧状、楕円弧状等に配列した光ファイバーアレイが必要な場合が必要な場合には、基板１または基板１１および押さえ板７の光ファイバー２に接する面を互いに平行な傾斜面、円筒面、楕円筒面等の任意の滑らかな曲面としてもよい。
【００７６】
次に、図１１の左右に置いた基板１の中間等、適当な位置で光ファイバー２を切断し、前記の一体に固定した基板１、光ファイバー２、押さえ板７を巻き付け基体２１から取り外す。
【００７７】
そして、光ファイバー２の断面が出る端面を仕上げる。一体に固定した基板１、光ファイバー２、押さえ板７または一体に固定した基板１１、光ファイバー２、押さえ板７の端面に同時に切削、研削、研磨のうちのいずれかもしくは２つ以上を施して光ファイバーの断面が平滑になるように仕上げる。平面度や表面粗さの必要度に応じて適宜加工を施せばよい。切削、研削、研磨の方法、種類は任意である。
【００７８】
基板１または基板１１の切削、研削、研磨を施す端面の角に２１、２２のような丸みを持たせた場合には、端面が平面になるように丸み２１、２２がなくなるまで切削、研削、研磨を施こした方がよい。
【００７９】
光ファイバー２は全方位に動かないように固定されているため、基板１または基板１１や押さえ板７と一緒に端面を切削、研削、研磨しても配列は保持される。
【００８０】
最終の光ファイバー素線に接してストッパー５を配置した場合には、光ファイバー２が全方位を囲まれるため、端面を加工する際に良い平面度や表面粗さを出しやすい。基板１または基板１１とストッパー３、ストッパー５、押さえ板７の材料を同じにしておけば、左右上下の支持が対称になるのでなおよい。
【００８１】
次に本発明による多列光ファイバーアレイの製作方法について説明する。複列以上の多列光ファイバーアレイの製作方法を図１２に示す。
【００８２】
まず、単列の光ファイバーの場合と同様に光ファイバー２の１列目を必要な回数だけ巻き付け、巻き終わり側の光ファイバーに押し当ててストッパー５（図示していない。）を基板１または基板１１に固定し、光ファイバー２の１列目が両側を拘束されて動かないようにする。
【００８３】
ストッパー５（図示していない。）を配置せずに、最終の光ファイバー素線を基板１または基板１１に接着固定してもよい。
【００８４】
基板１の表面または基板１１の表面の光ファイバー２を配列する部分に予め接着剤を塗布しておき、１列目の光ファイバー素線の全部または１列目の最終の光ファイバー素線を含む任意の一部を接着するようにしてもよい。
【００８５】
然る後、光ファイバー２の１列目の隣どうしが接した部分にできる窪みに光ファイバー２の２列目を巻き付ける。多列の光ファイバーアレイが入用の場合には、光ファイバー２の２列目の隣どうしが接した部分にできる窪みに３列目を巻き付け、以下同様に重ねて光ファイバーを巻き付ける。
【００８６】
光ファイバー２の１列目の上面に接着剤を塗布しておき、２列目の光ファイバー素線の全部または任意の一部を接着するようにしてもよい。
【００８７】
光ファイバー２を３列以上とする時に、前列の光ファイバー２の上面に接着剤を塗布しておき、当該列の光ファイバー素線の全部または任意の一部を接着するようにしてもよい。
【００８８】
光ファイバー２の２列目以降を巻き付ける際は、各列の光ファイバー２が巻き付け基体３１上でからまり合わないように、巻き付けるルートを変えるか、既に巻き付けた列の光ファイバー２の外側に新たに巻き付けのガイド、たとえば丸棒３６を固定すればなおよい。
【００８９】
そして、押さえ板７を２列目以降、最上列の光ファイバー２上に置き、全部の光ファイバー２を基板１または基板１１上に接着固定する。ねじ止め、はめ込み等任意の固定方法で固定しても良い。
【００９０】
図１２では、基板１を平板状に描いたが、複列光ファイバーアレイの製作においても、用途により傾斜して配列したり円弧状、楕円弧状等に配列した光ファイバーアレイが必要な場合や、光ファイバーの繊維方向に傾斜して配列したり円弧状、楕円弧状等に配列した光ファイバーアレイが必要な場合が必要な場合には、基板１または基板１１および押さえ板７の光ファイバー２に接する面を互いに平行な傾斜面、円筒面、楕円筒面等の任意の滑らかな曲面としてもよい。
【００９１】
次に、図１２の左右に置いた基板１の中間等、適当な位置で光ファイバー２を切断し、前記の一体に固定した基板１、光ファイバー２、押さえ板７を巻き付け基体２１から取り外す。
【００９２】
そして、光ファイバー２の断面が出る端面を仕上げる。一体に固定した基板１、光ファイバー２、押さえ板７または一体に固定した基板１１、光ファイバー２、押さえ板７の端面に同時に切削、研削、研磨のうちのいずれかもしくは２つ以上を施して光ファイバーの断面が平滑になるように仕上げる。平面度や表面粗さの必要度に応じて適宜加工を施せばよい。切削、研削、研磨の方法、種類は任意である。
【００９３】
基板１または基板１１の切削、研削、研磨を施す端面の角に２１、２２のような丸みを持たせた場合には、端面が平面になるように丸み２１、２２がなくなるまで切削、研削、研磨を施こした方がよい。
【００９４】
光ファイバー２は全方位に動かないように固定されているため、基板１または基板１１や押さえ板７と一緒に端面を切削、研削、研磨しても配列は保持される。
【００９５】
最終の光ファイバー素線に接してストッパー５を配置した場合には、光ファイバー２が全方位を囲まれるため、端面を加工する際に良い平面度や表面粗さを出しやすい。基板１または基板１１とストッパー３、ストッパー５、押さえ板７の材料を同じにしておけば、左右上下の支持が対称になるのでなおよい。
【００９６】
単列の光ファイバーアレイ、複列の光ファイバーアレイを製作する場合とも、用途に応じて光ファイバー２の両端に光ファイバーアレイを製作してもよく、片端のみに光ファイバーアレイを製作してもよい。
【００９７】
たとえば、図９、図１０に示したように巻き付け基体２１の上に基板１または基板１１を２個固定し、その中間で光ファイバー２を切断すれば、両端に光ファイバーアレイを製作することができる。
【００９８】
また、基板１または１１を１個だけ巻き付け基体２１の上に固定し、光ファイバー２を切断すれば、片端のみに光ファイバーアレイを製作することができる。
【００９９】
基板１または１１を複数個巻き付け基体２１の上に固定した場合でも、光ファイバー２を適当に複数箇所で切断すれば、片端のみに光ファイバーアレイを製作することができることは明らかである。
【０１００】
光ファイバー２の片側を本発明の光ファイバーアレイとして、他端を従来の光ファイバーアレイや最密配列ではない光ファイバーアレイとしても勿論よい。
【０１０１】
【実施例】
図１３は複列光ファイバーアレイの製作例の断面顕微鏡写真である。直径１２５μｍのプラスチック製光ファイバー２の１列目をアクリル樹脂製の基板１上にストッパー３の端面を基準に並べ、反対側をストッパー５で拘束した後、接着剤９を光ファイバー２の１列目の上面に塗り、光ファイバー２の２列目を１列目の隣り合う窪みに俵積みに配列した。然る後、接着剤８を光ファイバー２の２列目の上面に塗り、押さえ板７で押し付けて固定した。
【０１０２】
光ファイバーアレイが高精度で製作できていることが分かる。なお、写真上でストッパー３の端面が斜めになっているかのように見えるのは、接着剤８のはみ出しによるものである。写真に見えている基板１および押さえ板７はそれぞれの一部である。
【０１０３】
このように構成すれば、光ファイバーアレイの配列の基準が縦横ともはっきりし、基板１または基板１１の底面や側面を仕上げ面として、基板１または基板１１の厚さや側面から基準とするストッパー３または段差部１２までの距離を予め測定しておけば、基板１または基板１１のをステージ等、他の物体に底面や側面を当てて取り付けても、取り付け基準面に対する光ファイバーアレイ中の光ファイバー２の位置を精確に設定できる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上に説明したように、従来の光ファイバーアレイにおいてはＶ字断面の溝に光ファイバーを入れて並べており、Ｖ字断面の溝の加工精度と均一性、再現性に難があるため、元の基板の基準面に対する光ファイバーの位置が精確でなかったのに対し、本発明の光ファイバーアレイにおいては、基板の位置基準面から所定の精確な位置に光ファイバーを配列することができる。
【０１０５】
また、平面基板の表面を基準に光ファイバーの高さが決まるので、高さが揃い、一直線状に配列した光ファイバーアレイを得ることができる。
【０１０６】
さらに、光ファイバーを隣どうし密着させた最密配置の光ファイバーアレイを得ることができる。
【０１０７】
このような本発明の光ファイバーアレイは、光ファイバーマトリックス投影露光に適用する際とくに効果を発揮する。
【０１０８】
本発明の光ファイバーアレイを通常の投影露光のレチクルの位置に配置して、光ファイバーアレイの各光ファイバーを要素光源として明暗のパターンを指定し、投影レンズ等の投影光学系を介して該パターンを感光性樹脂膜を形成した被露光基板上に投影露光転写する場合、光ファイバーが一直線状に配置されるので従来に比して投影露光、現像後、感光性樹脂に転写されるパターンの直線性が改良される。
【０１０９】
また、要素光源の間隔が狭まるので、円形の要素パターンどうしの接続間隔が狭まり、複列光ファイバーアレイを用いて、１列目の光ファイバーによる円形の要素パターンどうしの接続境界に２列目の光ファイバーによる円形の要素パターンの中心が来るように露光を重ねれば、投影露光、現像後、感光性樹脂に接続境界がほとんどない滑らかに連結されたパターンを転写することができる。
【０１１０】
単列の光ファイバーアレイでも、光ファイバーピッチの１／２すなわち光ファイバーの半径分だけずらして露光を重ねれば、同様に投影露光、現像後、感光性樹脂に接続境界がほとんどない滑らかに連結されたパターンを転写することができる。光ファイバービッチの１／３ずつずらして露光を重ねてもよい。
【０１１１】
このように、単列の光ファイバーアレイをつずらして露光を重ねる場合、本発明の光ファイバーアレイを用いれば、光ファイバーの中心が一直線上に並んでいるため、形成するパターンの直線性が従来より改善される。
【０１１２】
一方、本発明の光ファイバーアレイの製作方法をとれば、リソグラフィやエッチングの設備または精密機械加工設備等、高価で大規模な設備、機械装置は一切不要であり、基本的には、光ファイバーを巻き付けるだけなので、製作工数も大幅に減じられる。
【０１１３】
したがって、低価格、かつ、短納期で光ファイバーアレイを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単列光ファイバーアレイの構成図である。
【図２】本発明の単列光ファイバーアレイの別の構成図である。
【図３】本発明の単列光ファイバーアレイのさらに別の構成図である。
【図４】本発明の単列光ファイバーアレイのさらに別の構成図である。
【図５】本発明の複列光ファイバーアレイの構成図である。
【図６】本発明の複列光ファイバーアレイの別の構成図である。
【図７】本発明の複列光ファイバーアレイのさらに別の構成図である。
【図８】本発明の複列光ファイバーアレイのさらに別の構成図である。
【図９】本発明の単列光ファイバーアレイのさらに別の構成図である。
【図１０】本発明の複列光ファイバーアレイのさらに別の構成図である。
【図１１】本発明による単列光ファイバーアレイの製作方法の説明図である。
【図１２】本発明による複列光ファイバーアレイの製作方法の説明図である。
【図１３】本発明の実施例の複列光ファイバーアレイの断面顕微鏡写真である。
【図１４】従来の単列光ファイバーアレイの構成図である。
【図１５】従来の単列光ファイバーアレイの製作方法の説明図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 光ファイバー
３ ストッパー
５ ストッパー
７ 押さえ板
２１ 巻き付け基体
３１ 丸棒
３２ 丸棒
４１ 光ファイバー
４２ 基板
４３ 押さえ板
５１ シリコン単結晶の板
５２ 酸化シリコン膜
５３ レジスト
Claims (6)
- 表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板上に位置決め基準となるストッパーまたは段差を有し、光ファイバーが前記ストッパー端面または段差端面と前記基板表面の平面部または滑らかな曲面部とを基準として隣どうしが互いに接した状態で配列され、前記基板と平行な平面部または滑らかな曲面部を表面に有する押さえ板が前記の配列された光ファイバー上に配置されていることを特徴とする光ファイバーアレイ
- 表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板上に位置決め基準となるストッパーまたは段差を有し、光ファイバーが前記ストッパー端面または段差端面と前記基板表面の平面部または滑らかな曲面部とを基準として隣どうしが互いに接した状態で配列され、最後の光ファイバーに端面を接して別のストッパーを有し、前記基板と平行な平面部または滑らかな曲面部を表面に有する押さえ板が前記の配列された光ファイバー上に配置されていることを特徴とする光ファイバーアレイ
- 表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板上に位置決め基準となるストッパーまたは段差を有し、光ファイバーが前記ストッパー端面または段差端面と前記基板表面の平面部または滑らかな曲面部とを基準として隣どうしが互いに接した状態で配列され、前記の配列された光ファイバー上に光ファイバーどうしが接することによってできる窪みを案内として２列目以降任意の列数の光ファイバーが配列され、前記基板と平行な平面部または滑らかな曲面部を表面に有する押さえ板が前記の配列された光ファイバー上に配置されていることを特徴とする光ファイバーアレイ
- 表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板上に位置決め基準となるストッパーまたは段差を有し、光ファイバーが前記ストッパー端面または段差端面と前記基板表面の平面部または滑らかな曲面部とを基準として隣どうしが互いに接した状態で配列され、最後の光ファイバーに端面を接して別のストッパーを有し、前記の配列された光ファイバー上に光ファイバーどうしが接することによってできる窪みを案内として２列目以降任意の列数の光ファイバーが配列され、前記基板と平行な平面部または滑らかな曲面部を表面に有する押さえ板が前記の配列された光ファイバー上に配置されていることを特徴とする光ファイバーアレイ
- 巻き付け基体上に取り付けた、表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板上に、ストッパーまたは段差を基準として光ファイバーを隣どうしが互いに接した状態で巻き付ける工程と、前記基板と平行な平面部または滑らかな曲面部を有する押さえ板を前記の巻き付けた光ファイバー上に貼り付けもしくは取り付けて前記の基板、光ファイバー、押さえ板を一体に固定する工程と、前記一体とした基板、光ファイバー、押さえ板を前記巻き付け基体から取り外す工程と、該一体とした基板、光ファイバー、押さえ板に切削、研削、研磨のうちのいずれかもしくは２つ以上を施して該光ファイバーの断面が平滑になるように仕上げる工程とを含むことを特徴とする光ファイバーアレイの製作方法
- 巻き付け基体上に取り付けた、表面に平面部または滑らかな曲面部を有する基板上に、ストッパーまたは段差を基準として光ファイバーを隣どうしが互いに接した状態で巻き付ける工程と、巻き付けた光ファイバーの隣どうしが互いに接した部分にできる窪みを案内として２列目以降任意の列数の光ファイバーを巻き付ける工程と、前記基板と平行な平面部または滑らかな曲面部を有する押さえ板を前記の巻き付けた光ファイバー上に貼り付けもしくは取り付けて前記の基板、光ファイバー、押さえ板を一体に固定する工程と、前記一体とした基板、光ファイバー、押さえ板を前記巻き付け基体から取り外す工程と、該一体とした基板、光ファイバー、押さえ板に切削、研削、研磨のうちのいずれかもしくは２つ以上を施して該光ファイバーの断面が平滑になるように仕上げる工程とを含むことを特徴とする光ファイバーアレイの製作方法
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| JP2003051963A JP2004226940A (ja) | 2003-01-24 | 2003-01-24 | 光ファイバーアレイおよび光ファイバーアレイの製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112327419A (zh) * | 2020-11-03 | 2021-02-05 | 中航光电科技股份有限公司 | 一种波导垂直光耦合结构 |
| US11415753B2 (en) | 2020-04-30 | 2022-08-16 | Corning Research & Development Corporation | High-density FAUs and optical interconnection devices and related methods |
-
2003
- 2003-01-24 JP JP2003051963A patent/JP2004226940A/ja not_active Withdrawn
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