JP2004279892A

JP2004279892A - 双方向光学モジュール

Info

Publication number: JP2004279892A
Application number: JP2003073394A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Okada; 健一岡田; Tatsumi Yamaguchi; 辰見山口
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】少ない工数で低損失とすることを可能とする。
【解決手段】発光素子５５よりの出射光を、Ｖ溝内の円柱レンズ４８で集光して、光フィルタを透過させてＶ溝内の光ファイバ４７の光軸に入射させる。円柱レンズ４８と光ファイバ４７は一直線上に位置され、これら間に光学フィルタ５１がＶ溝３６により位置決め配置されている。光ファイバ４７より到来した入射光は光学フィルタ５１で反射されて、受光素子５７に入射される。単結晶シリコン基板３１に対する異方性エッチングにより上記各Ｖ溝が形成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は発光素子、受光素子、光学フィルタ及び光ファイバを備え、発光素子よりの出射光を光学フィルタを透過させて光ファイバに入射し、光ファイバからの入射光を光学フィルタで反射させて受光素子に受光する双方向光学モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の双方向光学モジュールとして、特許文献１に示すものを、図１２を参照して簡単に説明する。単結晶シリコン基板１１の一面１１ａの端部中央にＶ溝１２が形成され他端部に下がった段部１３が形成され、シリコン基板１１の面１１ａ上にＶ溝１２及び段部１３間に渡る直線状の光導波路１４が形成されている。
光導波路１４の中間部において、光導波路１４及びシリコン基板１１に面１１ａに対し傾斜したフィルタ溝１５が形成され、フィルタ溝１５に光学フィルタ１６が挿入固定される。光ファイバ１７の一端部がＶ溝１２に位置決めされて取付けられ、段部１３に半導体レーザ１８が光導波路１４と対向して取付けられる。光ファイバ１７のコアと光導波路１４のコアとが一直線上に位置し、半導体レーザ１８の出射光が光導波路１４のコアに入射される。
【０００３】
シリコン基板１１の他面に金属層１９を介してセラミック基板２１が固定され、光学フィルタ１６の位置において、シリコン基板１１及びセラミック基板２１を貫通する貫通孔２２が形成され、セラミック基板２１に貫通孔２２を塞ぐように半導体受光素子２３が取付けられる。セラミック基板２１には受光素子２３より出力電気信号を増幅する増幅ＩＣ素子２４が取付けられている。
半導体レーザ１８よりの出射光は光導波路１４に入射され、光学フィルタ１６を透過して光ファイバ１７に入射される。光ファイバ１７を通じて入射された入射光は光導波路１４を通り、光学フィルタ１６で反射されて受光素子２３に入射し、電気信号に変換される。半導体レーザ１８より背面出射光を受光する監視用受光素子２５が段部１３に取付けられている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２７７８７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光導波路１４の形成は、火炎堆積法或はスパッタリング法によるクラッド層の形成、高屈折率層の形成、フォトリソグラフィによるコア部の形成、更にクラッド層の形成によっている。この光導波路の作成をシリコン基板１１に対するＶ溝１２の形成、段部１３の形成などの他に行うため製造工数が多く、価格が高いものとなる。
フィルタ溝１５をシリコン基板１１の面１１ａに対し、ダイシングカッタにより斜めに形成することになり、傾斜のためダイシングの刃先が滑ったり、ダイシングの角がチッピングなどを起して加工が非常に難しい。そのため歩留りがよくない。
半導体レーザ１８よりの出射光は光学フィルタ１６を透過した際に屈折し、図１３に示すように光の進行方向がシリコン基板１１の面１１ａに対し、垂直方向にｈだけずれる。光学フィルタ１６の厚みは前記文献によれば３０μｍであって、４５度の角度をもって取付けられている。光導波路１４の屈折率を約１．４７、誘電体多層膜の光学フィルタ１６の屈折率を平均１．７程度とすると、進行方向のずれｈは約５μｍとなる。前記文献によると光導波路１４のコアの直径は８μｍであるから、５μｍの光軸のずれは８μｍの光ビームの中心が８μｍのコアの中心から５μｍずれ、光ビームのコアから大きく外れ、透過光は大きな損失を受けることになる。
【０００６】
また光学フィルタ１６で反射された反射光のビーム径は伝搬距離と共に図１４に示すように広がる。図１４は光学フィルタ１６での反射点におけるビーム径を１０μｍとして計算したものである。シリコン基板１１の厚さは１ｍｍであるから、反射光がシリコン基板１１を通過した時にはビーム径は約２００μｍになり、セラミック基板１９の厚さを０．８ｍｍとすると受光素子２３に達した反射光のビーム径は約３５０μｍ以上となる。要求される受光素子２３の受光面の直径は、周波数特性上、光パルスの伝送速度を１５５〜６２２Ｍｂ／ｓとすると、８０μｍ、１．２５〜３．２Ｇｂ／ｓとすると４０μｍとなる。この要求される受光面の直径より、上記反射光の受光素子２３上のビーム径は可成り大きなものとなり受光素子２３での損失が大きなものとなる。
また光学フィルタ１６は厚さが３０μｍであり、薄いフィルムであってフィルタ溝１５への挿入作業がやりにくい。フィルタ溝１５の溝幅を広くして光学フィルタ１６を厚いものとすると、光導波路１４の切断されている間隔が大きくなり、この切断間隔において半導体レーザ１８からの出射光のビーム径が広がり、損失が大きくなる。
この発明の第１の目的は少ない製造工数で、出射光に大きな損失を与えない双方向光学モジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば位置決め用基板上のＶ溝に配された光ファイバのほぼ延長線上に、Ｖ溝に集光用円柱体が配され、その集光用円柱体の端面と対向して発光素子が配され、光ファイバと集光用円柱体との間に、位置決め用基板に対し傾斜した光学フィルタが設けられ、発光素子よりの出射光は集光用円柱体を通過して光ファイバの端面のコア部分に集光され、光ファイバに入射され、光ファイバを通過して入射されて来た入射光は光学フィルタにより位置決め用基板と角度をもって反射されて受光素子に受光される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
図１及び図２を参照してこの発明の第１実施形態を説明する。例えば単結晶シリコンよりなる長方形の位置決め用基板３１の一面（以下溝形成面という）３１ａに長手方向に沿って一直線３２上にファイバ用Ｖ溝３３及びレンズ用Ｖ溝３４、この例では更にモニタ用Ｖ溝３５が配列形成される。ファイバ用Ｖ溝３３は位置決め用基板３１の長手方向の一端面に達している。
光ファイバ用Ｖ溝３３とレンズ用Ｖ溝３４との間において、レンズ用Ｖ溝３４と交差して、この例ではほぼ直角に交差してフィルタ用溝３６が形成される。フィルタ用溝３６のファイバ用Ｖ溝３３側の壁面３６ａは基板３１の溝形成面３１ａに対して傾斜され、つまり溝３６が深くなるに従ってファイバ用溝３３から離れるように傾斜され、フィルタ用溝３６のレンズ用Ｖ溝３４側の壁面３６ｂは壁面３６ａとのなす角度θ_１が溝形成面３１ａと垂直な面よりと壁面３６ａとのなる角度以上とされ、つまり溝形成面３１ａと垂直な面と壁面３６ａとのなす面よりも小さくないようにされる。図示の例ではフィルタ用溝３６もＶ溝とされた場合である。更にこの例ではモニタ用Ｖ溝３５のレンズ用Ｖ溝３４と反対側にフィルタ用溝３６とほぼ平行に反射板用溝３７がＶ溝として形成されている。
位置決め用基板３１にファイバ用Ｖ溝３３及びフィルタ用溝３６と連通して貫通孔３８が形成される。この例では溝形成面３１ａにファイバ用Ｖ溝３３及びフィルタ用溝３６と連通した凹部３９が形成され、凹部３９と対応する位置において、位置決め用基板３１の他面３１ｂに凹部４１が形成され、凹部３９と凹部４１が連通されて貫通孔３８とされた場合である。またこの例ではモニタ用Ｖ溝３５と反射板用溝３７に連通した貫通孔４２が同様に凹部４３と４４により位置決め用基板３１に形成されている。
【０００９】
溝形成面３１ａにはレンズ用Ｖ溝３４のフィルタ用溝３６と反対の端と連通して、レンズ用Ｖ溝３４と垂直に延長した細い位置決め溝４５が形成されている。またこの例ではモニタ用Ｖ溝３５のレンズ用Ｖ溝３４側の端に、モニタ用Ｖ溝３５と垂直に細い位置決め用溝４６が形成されている。この例ではＶ溝３３，３４，３５、フィルタ用溝３６、反射板用溝３７、凹部３９，４１，４３，４４はそれぞれ単結晶シリコン基板３１に対する異方性エッチング（結晶の方位によりエッチング速度が大きく異なる）により形成され、位置決め用溝４５，４６はダイシングカッタにより溝形成面３１ａと垂直に形成されている。フィルタ用溝３６の近くのファイバ用Ｖ溝３３側において溝形成面３１ａにマーカ５０ａ，５０ｂが形成されている。
ファイバ用Ｖ溝３３に光ファイバ４７の一端部がそのＶ溝３３により位置決めされ、かつ光軸方向においてマーカ５０ａ，５０ｂと位置合わせして配され、光ファイバ４７の一端は貫通孔３８内において、両側のマーカ５０ａ，５０ｂの各１縁を結ぶ直線と光ファイバ４７の端面４７ａとを一致させて位置している。集光用円柱体４８がレンズ用Ｖ溝３４にこれにより位置決めされて配され、かつ集光用円柱体４８の一端面は位置決め用溝４５の壁面と対接されて、位置決めされている。更にこの例では集光用円柱体４９がモニタ用Ｖ溝３５にこれにより位置決めされて配され、かつこの集光用円柱体４９の一端面は位置決め用溝４６の壁面に対接されて位置決めされ、他端面は貫通孔４２内に位置している。短尺の集光用円柱体４９の場合は、発光素子５５と反対の面はモニタ用Ｖ溝３５上に位置していてもよい。
【００１０】
またフィルタ用溝３６に光学フィルタ５１がこれにより位置決めして配される。つまり図４に示すように光学フィルタ５１の一面５１ａがフィルタ用溝３６の斜めの壁面３６ａと対接されて溝形成面３１ａに対する角度が位置決めされ、かつ光学フィルタ５１の他面の溝挿入側の縁５１ｂがフィルタ用溝３６の他方の壁面３６ｂに突き当てられて、光学フィルタ５１の前記角度と、直線３２方向における位置が決められる。反射板用溝３７にこれにより位置決めされて反射板５２が配される。
位置決め用溝４５と４６の間において溝形成面３１ａ上に一対の電極５３，５４が形成され、また図に示していないが同時に一対のマーカが形成される。位置決め用溝４５と４６の間において溝形成面３１ａ上に半導体レーザなどの発光素子５５が位置決めされて取付けられる。例えば撮像手段を備えたプローブを発光素子５５と溝形成面３１ａとの間に配し、溝形成面３１ａ上の一対のマーカと発光素子５７のマーカ又はその電極境界などのそれ自体の指標との各位置を検出して両者の相互の位置を知った後、プローブを抜いて、両マーカを互いに合わせるように発光素子５５の一方の電極を一方の電極５４に固着し、発光素子５５の他方の電極と電極５３とをワイヤボンディングなどにより接続する。この状態で発光素子５５の出射光の光軸は集光用円柱体４８，４９の光軸と一直線上で一致し、かつ直線３２の方向における位置、つまり位置決め用基板３１上の他の部品との相対位置が所定の状態になるようにされる。発光素子５５の出射光端面と位置決め用溝４５との間は、通常１０μｍ程度である。光ファイバ位置決め用マーカ５０ａ，５０ｂは、前記発光素子位置決め用マーカと同時に正確な位置に形成される。
【００１１】
集光用円柱体４８は円柱レンズやレンズ効果をもつグレーデッドインデクスマルチモード（屈折率分布形）光ファイバなどであって、発光素子５５からの出射光が集光用円柱体４８を通過し、その際に光ビームが絞られ、光学フィルタ５１を透過して、光ファイバ４７の端面のコア部分、つまり光ファイバ４７の端面の光軸位置に集光するようにされる。
光学フィルタ５１は例えば透明基板５１ｃの一面に誘電体多層膜フィルタ５１ｄが形成され、発光素子５５からの出射光を透過し、光ファイバ４７を通って入射された入射光を反射するものである。例えば発光素子５５の出射光の波長は１．３μｍ又は１．５μｍであり、光ファイバ４７からの入射光の波長は１．５μｍ又は１．３μｍである。
この例では発光素子５５よりの背面出射光は集光用円柱体４９を透過し、反射板５２で基板３１の溝形成面３１ａと反射の面側に反射される。反射板５２も透明基板に誘電体多層膜又は金属膜を形成したものが用いられる。光ファイバ４７、集光用円柱体３４，３５、光学レンズ５１、反射板５２は接着剤などで固定される。
【００１２】
位置決め用基板３１の溝形成面３１ａと反対の面３１ｂに部品取付用基板５６が例えば接着剤で固定される。部品取付用基板５６の溝形成用基板３１側の面に受光素子５７，５８が取付けられ、受光素子５７，５８はそれぞれ貫通孔３８，４２内に位置され、つまり凹部４１，４４内に収容される。フォトダイオードなどの受光素子５７，５８に光学フィルタ５１、反射板５２の各反射光がそれぞれ受光されるようにされる。つまり位置合せ用基板３１に付けたマーカと、部品取付用基板５６に付けたマーカとが一致するようにこれら両基板３１，５６を互いに固定し、これらマーカを基準として計算された反射光の位置、角度に基づき、反射光が受光素子の受光面に入射するように、マーカを基準に受光素子５７，５８を部品取付用基板５６に取付けておく。部品取付用基板５６はセラミック板あるいはグラスファイバ入り樹脂材の配線基板などが用いられる。部品取付用基板５６の位置決め用基板３１と反対の面に受光素子５７よりの出力電気信号を増幅する増幅用ＩＣ素子５９が取付けられる。なお、位置決め用基板３１の面３１ｂに増幅用ＩＣ素子５９を収容する凹部をさらに設け、部品取付用基板５６の位置決め用基板３１側の面に増幅用ＩＣ素子５９を配置してもよい。
【００１３】
この構成によれば図３に示すように光ファイバ４７を通じて到来した入射光６１は光学フィルタ５１で反射されて受光素子５７で受光されて電気信号に変換される。発光素子５５よりの出射光６２は集光用円柱体４８で絞られ、光学フィルタ５１を透過後、光ファイバ４７の端面の光軸に集光されて、光ファイバ４７に入射される。発光素子５５の背面からのモニタ光６３は集光用円柱体４９で絞られ、反射板５２で反射されて受光素子５８の受光面に集光される。モニタ用の受光素子５８の受光面積は比較的大きいためまた発光素子５５の出射光の強度を検出できればよいため、集光用円柱体４９を省略してもよい。また同様の理由から受光素子５８は位置決め用基板３１の外部に設ける構成としてもよい。貫通孔３８，４２はそれぞれダイシングカッタにより溝形成面３１ａと直角に形成してもよい。
【００１４】
位置決め用基板３１として単結晶シリコンを用いる場合は単結晶シリコンは可視光は透過しにくいが波長が１．３μｍ、１．５５μｍなどの光通信に用いられる近赤外線帯域の光を可成りよく通してしまう。このため発光素子５５と集光用円柱体４８との光結合部、光学フィルタ５１の部分、光ファイバ４７の端面４７ａなど各所で光が漏れ、その光がシリコン基板３１内を伝わり、受光素子５７に到達する。この結果、光ファイバ４７からの入射光と、発光素子５５の出射光との受光素子５７での分離が悪くなるおそれがある。
この点で、レンズ用Ｖ溝３４の位置においてこれとほぼ直角に交差して、溝形成面３１ａに細長い遮光用溝６４を、発光素子５５からの出射光の放射角の延長線よりも更に深くかつ、長く形成し、その遮光用溝６４に、不透明樹脂（シリコン樹脂、エポキシ樹脂など）などの遮光材６５を充填することが好ましい。この遮光用溝６４として位置決め用溝４５を兼用してもよい。このようにすれば漏洩量が大きい発光素子５５と集光用円柱体４８との光結合部からの漏れ光が受光素子５７に到達するのを阻止することができる。
【００１５】
また発光素子５５からの出射光がまわりの物質との乱反射で位置決め用基板３１の側面、板面３１ａ，３１ｂなどから反射してきた光や光学フィルタ５１、光ファイバ４７の端面４７ａなどから散乱してきた漏れ光を阻止するため、受光素子５７を囲う面、貫通孔３８の対応内面、この例では凹部４１の内面に遮光層６７を形成することが好ましい。貫通孔３８としては凹部３９と４１との連通部が光学フィルタ５１からの反射光が余裕をもって通過できる範囲で狭くして受光素子５７をなるべく遮光層６７で囲うようにするとよい。発光素子５５の出射光の強度をなるべく正しく監視できるように、同様に凹部４４の内面に遮光層６８を形成するとよい。遮光層６７，６８としては例えば電極５３，５４と同一材のチタンの成膜により形成することができる。この場合、位置決め用基板３１の面３１ｂにもチタンの成膜によるシールド層７１も同時形成することにより遮光層６７が導電性をもつため、発光素子５５に対する駆動信号線などからの不要輻射に対し、受光素子５７が遮蔽されることになる。
発光素子５５と集光用円柱体４８との結合効率の向上、光ファイバ４７の端面４７ａからの反射防止、集光用円柱体４８の端面からの反射防止などを改善するために、光ファイバ４７と発光素子５５との間の光路、更に必要に応じて発光素子５５と反射板５２との間の光路に光学的に透明なシリコン樹脂などの透明層６９を形成することが好ましい。光ファイバ４７の端面４７ａが直角からずれて切断されていると、光ファイバ４７と周囲の屈折率により光路が曲げられてしまう。この点で透明層６９としては、光ファイバ４７のコアの屈折率に近いものが好ましい。更に透明層６９を発光素子５５を覆い、かつ貫通孔３８，４２にも充填すると、受光素子５７，５８、発光素子５５の耐湿化がなされ、信頼性が向上する。
【００１６】
図１３を参照して説明したように、光学フィルタ５１を光が通過すると光学フィルタとその周囲の屈折率の差により光路（光軸）がずれる。この軸ずれ量ｈと対応して、図５に示すように光ファイバ４７の光軸と集光用円柱体４８の光軸とをｈだけ溝形成面３１ａと垂直な面内でずらすとよい。この軸ずれ量ｈは計算により求めることができ、その計算値だけ両光軸がずれるようにＶ溝３３と３４が深さ、角度、光ファイバ４７の径、集光用円柱体４８の径を選定すればよい。Ｖ溝３３と３４を単結晶シリコンの異方性エッチングを利用して行い、かつ光ファイバ４７の径と集光用円柱体４８の径が等しい場合は、エッチングマスクの幅によりＶ溝の深さが決まるから光ファイバ用Ｖ溝３３の方がｈだけレンズ用Ｖ溝３４より深くなるように、エッチングマスク幅を広くしておけばよい。このように光軸ずれを調整しても、溝形成面３１ａと直角な方向から見れば光ファイバ４７、集光用円柱体４８の両光軸は直線３２上に位置するものである。
フィルタ用溝３６、反射板用溝３７としてＶ溝とすると、これらのＶ溝の底と基板３１の面３１ｂとの間の厚みが小さくなり、基板３１の強度が強いものとなる。従って、単結晶シリコンの異方性エッチングを利用してフィルタ用溝３６、反射板用溝３７を形成する場合でも、その断面が図４に示すように逆台形状になるようにするとよい。この場合、光学フィルタ５１の面５１ａの縁が溝３６の底と接した状態で光学フィルタ５１の縁５１ｂが壁３６ｂに突き当り、光学フィルタが安定かつ正しく位置決めされるためには、溝３６の底面の幅をＬ、底面と壁面３６ｂがなす角をθ_２、光学フィルタ５１の厚さをｔとすると、Ｌ＝ｔ・（ｓｉｎθ−ｃｏｓθ／ｔａｎθ）とすればよい。光学フィルタ５１の面５１ａが溝３６の底面に達しなくてもよく、Ｌはｔ・（ｓｉｎθ−ｃｏｓθ／ｔａｎθ）以下とすればよい。単結晶シリコンの異方性エッチングの場合θ＝５４．７４°で精度がよく、かつ再現性がよい。
【００１７】
第２実施形態
図６及び図７にこの発明の第２実施形態を示し、第１実施形態と対応する部分が同一参照番号を付けて重複説明を省略する。
第２実施形態は部品取付用基板５６を位置決め用基板３１の溝形成面３１ａ側に設けた場合であり、貫通孔３８，４２は形成されていない。光学フィルタ５１はフィルタ用溝３６の集光用円柱体４８側の壁面３６ｂの傾斜面に対接され、光学フィルタ５１の縁が壁面３６ａに突き当たって斜めに位置決めされて取付けられる。更に光ファイバ４７、集光用円柱体４８、発光素子５５は溝形成面３１ａより面３１から突出しないように位置決め用基板３１に取付けられる。このためレンズ用Ｖ溝３４のフィルタ用溝３６と反対側の端部と連通した素子配置用凹部７３が溝形成面３１ａに形成され、素子配置用凹部７３の底面７３ａに発光素子５５が取付けられる。
【００１８】
この例では素子配置用凹部７３も単結晶シリコンの異方性エッチングを利用して形成した場合であって、底面７３ａに形成された電極５３，５４はそれぞれ凹部７３の傾斜壁面上をこれに沿って延長され、溝形成面３１ａ上まで延長形成されている。また凹部７３の発光素子５５の背面と対向する傾斜面に金属材の反射膜７４が形成され、発光素子５５から背面出射光を反射させるようにされている。
部品取付用基板５６はこの例ではエポキシ樹脂、ガラスファィバ入りエポキシ樹脂などの不透明の中間基板７５を介して溝形成面３１ａ上に固定された場合であり、中間基板７５の部品取付用基板５６側の面に凹部が部品収容部７６，７７，７８として形成され、部品取付用基板５６に取付けられた受光素子５７，５８、増幅用ＩＣ素子５９が部品収容部７６，７７，７８内に位置される。部品収容部７６，７７には光学フィルタ５１、反射膜７４の各反射光をそれぞれ通過させて受光素子５７，５８に入射させるための小孔８１，８２がそれぞれ形成されている。中間基板７５に位置決め用孔を貫通形成しておき、この位置決め用孔を通して部品取付用基板５６と位置決め用基板３１との位置合せを第１実施系と同様に行えばよい。
【００１９】
この第２実施形態において発光素子５５よりの出射光を光ファイバ４７に良好に入射でき、かつ、光ファイバ４７から到来した入射光を受光素子５７に受光させることは容易に理解できよう。その他第１実施形態について各説明した事項はこの第２実施形態にも適用されるものである。また受光素子５７，５８に対する電磁遮蔽のために必要に応じて位置決め用基板３１の面３１ｂ、位置決め用基板３１と中間基板７５との間、更に中間基板７５の位置決め用基板３１の反対側の面にそれぞれ導電層８３，８４，８５を形成してもよい。これらの導電層の形成は１つないし複数だけでもよい。何れにしてもこれら導電層８３，８４，８５は互いに電気的に接続されるものである。
不透明の中間基板７５により発光素子５５の出射光が前述したように各所で散乱されても、受光素子５７，５８に入射されるのが防止される。また溝形成面３１ａ上に延長された電極５３，５４の部分に中間基板７５に形成された配線パターンを半田付けすることにより、図に示していないが部品取付用基板５６に設けられた、発光素子５５に対する駆動信号源に接続され、この接続をワイヤボンディングによらないため簡単に行うことができ、ボンディングワイヤの切断のおそれもなく信頼性が高い。部品取付用基板５６としてリードフレームパッケージを用い、そのリードフレームの露出したリード端子に発光素子５７，５８、増幅用ＩＣ素子５９を搭載接続することができる。
【００２０】
上述では光学フィルタ５１として板状のものを用いたが、図８Ａに示すように３角プリズム８７に誘電体多層膜（フィルタ膜）８７ａを形成したものでもよい。あるいは図８Ｂに示すように立方体プリズム８８の対角面に誘電体多層膜（フィルタ膜）８８ａを挟み込んだものを用いてもよい。何れの場合も、発光素子５５の出射光を透過し、光ファイバ４７からの入射光を反射するものである。またこれら光学フィルタ８７，８８はフィルタ溝３６の両壁面３６ａと３６ｂにより位置決めされて保持される。図８Ａ、図８Ｂでは三角プリズム、立方体プリズムの光学フィルタ８７，８８を第１実施形態に適用した例を示したが、これらを第２実施形態にも適用できることは容易に理解されよう。その場合はフィルタ膜８７ａ，８８ａを溝形成面３１ａ及び直線３２に垂直な面に対し、図８Ａ，図８Ｂのフィルタ膜８７ａ，８８ａと対称な角度をとるようにすればよい。
【００２１】
光軸のずれｈの問題を改善するには図９に示すように透過光に対し、光学フィルタ５１と光学的に同一特性の補償板８９を、溝形成面３１ａに対し光学フィルタ５１と傾斜角が逆向きになるように、光学フィルタ５１と対向して補償板用溝９１にこれにより位置決めさせて設けてもよい。この場合補償板８９には誘電体多層膜は付けられていなく、光ファイバ４７からの到来光は透過させるものである。この場合も補償板用溝９１はこの例ではＶ溝とされ、その傾斜壁面９１ａに補償板８９が対接され、補償板８９の縁が他方の壁面９１ｂに突き当り、角度と位置とが決められる。補償板用溝９１はフィルタ用溝３６と平行とされている。光学フィルタ５１、補償板８９の各屈折率をｎ_２、これらの周囲の屈折率をｎ_１、光学フィルタ５１、補償板８９と各周囲媒体との各入射角、出射角の関係を図に示す各角度とすると、スネルの法則により、
ｎ_１ｓｉｎθ_１＝θ_２ｓｉｎθ_２，ｎ_２ｓｉｎθ_２＝ｎ_１ｓｉｎθ_３
ｎ_１ｓｉｎθ_４＝ｎ_２ｓｉｎθ_５，ｎ_２ｓｉｎθ_５＝ｎ_１ｓｉｎθ_６
が成り立つ。溝３６，９１の壁面３６ａ，９１ａの斜面角度をθ_８，θ_７が等しい場合はθ_３＝θ_４となり、光学フィルタ５１、補償板８９の屈折率は共にｎ_２であるからθ_１＝θ_３＝θ_４＝θ_６となり、集光用円柱体４８よりの出射光の光軸と、光ファイバ４７の入射光の光軸とが一致することになる。小形化の要求や集光用円柱体４８の集光度にもよるが、光学フィルタ５１と補償板８９はなるべく接近させた方がよい。光学フィルタ５１を光ファイバ４７になるべく近づけた方がよい点で、図１５に示すように補償板８９を光学フィルタ５１と集光用円柱体４８との間に設けた方がよい。図９、図１５ではこの補償板８９を第１実施形態に適用したが、第２実施形態にも適用することができる。その場合は、図９において光学フィルタ５１と補償板８９とを入れ替えればよく、図１５では光学フィルタ５１も補償板８９も溝形成面３１ａに対する傾斜を逆にすればよい。
【００２２】
第３実施形態
この発明の第３実施形態を図１０に示す。第３実施形態は光学フィルタとして個別に設けず光ファイバ４７の端面に設ける。図１０Ａに図１及び図２と対応する部分に同一参照番号を付けて示すように、光ファイバ４７の端面４７ａは溝形成面３１ａに対して傾斜して、この例では端面４７ａが溝形成面３１ａから遠去かるに従って集光用円柱体４８に近づくように傾斜される。この斜めに切断された光ファイバ端面４７ａに例えば誘電体多層膜のフィルタ膜９２が形成される。このフィルタ膜９２は集光用円柱体４８からの出射光を透過し、つまり光ファイバ４７に入射するが、光ファイバ４７より到来した入射光は反射して、受光素子５７へ入射する。
この場合は光学フィルタ、つまりフィルタ膜９２は光ファイバ４７と集光用円柱体４８との間に位置し、光ファイバ４７が位置決め用基板３１により位置決めされることに基づき、フィルタ膜（光学フィルタ）９２も位置決め用基板３１により位置決めされることになる。
【００２３】
図１０Ａは部品取付用基板５６を位置決め用基板３１の溝形成面３１ａと反対側の面３１ｂに取付けた場合であるが、図１０Ｂに示すように部品取付用基板５６を溝形成面３１ａ側に取付けるようにしてもよい。この場合は光ファイバ４７の端面４７ａは溝形成面３１ａに対する傾斜か、図１０Ｂの場合と逆向きとされる。
この第３実施形態においても、位置決め用基板３１と各部品との取付け形態、出射光、入射光の分離のための光遮蔽、電磁遮蔽（シールド）対策は、第１実施形態、第２実施形態に対して行ったように同様に行うことができる。
【００２４】
変形例
位置決め用基板３１としては単結晶シリコンを用いることにより各溝を精度よく簡単に作ることができるが、光を通さないエポキシ樹脂などの樹脂材の成形により位置決め用基板３１を作ってもよい。この場合も高精度の溝を比較的簡単に作ることができ、量産性もよい。その成形の際に発光素子５５を搭載する部分には位置決め用基板３１内に放熱の良い金属などを埋め込んでおくとよい。また金型を使うため各種形状の溝を作ることができる。従って、例えばフィルタ溝３６を、図４中に破線で示すように一方の壁面３６ｂを溝形成面３１ａに対して垂直又は適当に傾斜させたものとすることもできる。また図８に示した光学フィルタ８７，８８を用いる場合はその形状に対する位置決めに適した形状のフィルタ用溝３６とすることができる。何れの場合も、光学フィルタ５１，８７，８８を取扱い易い大きさ形状としてもフィルタ用溝に容易に位置決めすることができる。図１１に示すように、この発明による双方向光学モジュール９５を、その長手方向を平行にして配列して１つの基板にアレー状に形成し、１つ乃至並んでいる複数を分離するようにしてもよい。このようにすることにより多チャネルの双方向光学モジュールを容易に作ることができる。多チャネル用とする場合は各隣接双方向光学モジュール９５の間にその長手方向に沿った溝を形成し、その溝内に不透明の樹脂材などを埋め込み分離帯９５を形成し、隣接チャネルの出射信号光を分離帯９５で遮蔽するようにすることができる。このアレー構成は前記第１〜第３実施形態の何れにも適用できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、位置決め用基板３１の溝形成面３１ａにファイバ用Ｖ溝３３、レンズ用Ｖ溝３４がその基板３１自体に形成され、これらを簡単に作ることができ、かつ光ファイバ４７、集光用円柱体４８、光学フィルタ、発光素子がそれぞれ位置決め用基板により位置決めされているため、出射光を光ファイバの光軸に精度よく集光することができ、光導波路を特に設けることなく、低損失で出射光を光ファイバに入射することができ、製造工数も少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態を示す図２中の直線３２上の断面図。
【図２】図１の平面図。
【図３】第１実施形態における入射光６１と出射光６２の各進行状態の例を示す図。
【図４】光学フィルタ５１のフィルタ溝３６に対する位置決め状態を示す図。
【図５】光学フィルタ５１を透過したことに基づく出射光の光軸ずれと対応して光ファイバ４７と集光用円柱体４８の光軸をずらした状態を示す図。
【図６】この発明の第２実施形態の図１と対応した断面図。
【図７】図６の中の７−７線断面図。
【図８】光学フィルタの他の例を示す図。
【図９】光軸ずれを補償する構成例を示す図。
【図１０】Ａはこの発明の第３実施形態の図１と対応した断面図、Ｂは第３実施形態の図６と対応した断面図。
【図１１】この発明の双方向光学モジュールをアレー状に構成した例を示す平面図。
【図１２】従来の双方向モジュールを示す断面図。
【図１３】光学フィルタによる光軸ずれを示す図。
【図１４】光学フィルタと受光素子の受光面内の距離と光ビーム直径との関係の計算値を示すグラフ。
【図１５】この発明の変形実施形態の一部を示す断面図。

Claims

位置決め用基板の一面側において、その基板自体に、ファイバ用Ｖ溝とレンズ用Ｖ溝が一直線上に形成され、これらファイバ用Ｖ溝とレンズ用Ｖ溝との間に、レンズ用Ｖ溝と交差し、かつ少なくとも一方の壁面が上記基板の上記一面に対して傾斜したフィルタ用溝が形成され、
上記ファイバ用Ｖ溝に光ファイバが配され、
上記レンズ用溝に集光用円柱体が配され、
上記集光用円柱体の上記光ファイバと反対側の端面と対向して発光素子が上記位置決め用基板に配され、
上記フィルタ用溝に、上記発光素子からの出射光を透過し、上記光ファイバからの入射光を上記基板の上記一面に対して角度をもって反射させる光学フィルタが上記フィルタ用溝の上記傾斜壁面により位置決めされて設けられ、
上記光学フィルタにより反射された入射光を受光する受光素子が設けられ、
上記発光素子よりの出射光は上記集光用円柱体により上記光ファイバの端面に集光される双方向光モジュール。
上記フィルタ用溝の上記光学フィルタの傾斜角度を位置決めしている上記傾斜壁面に対し、その対向壁面は上記基板の上記一面と垂直な面より角度が開かれ、この対向壁面に上記光学フィルタの一縁が突き当って光学フィルタが位置決めされていることを特徴とする請求項１記載の双方向光学モジュール。
上記位置決め用基板の他面に部品取付用基板が対接して取付けられ、この部品取付用基板上に上記受光素子が取付けられ、
上記位置決め用基板に上記ファイバ用Ｖ溝及び上記フィルタ用溝と連通して貫通孔が形成され、
その貫通孔内に上記受光素子が位置していることを特徴とする請求項１又は２記載の双方向光学モジュール。
上記貫通孔の上記受光素子を収容する部分の内面に遮光層が形成されていることを特徴とする請求項３記載の双方向光学モジュール。
上記位置決め用基板の上記一面側に部品取付用基板が取付けられ、その部品取付用基板に上記受光素子が取付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の双方向光学モジュール。
上記ファイバ用Ｖ溝とレンズ用Ｖ溝との間に、上記フィルタ用溝と平行に、かつ少なくとも一方の壁面が、上記フィルタ用溝の傾斜した壁面と逆に傾斜した補償板用溝が上記位置決め用基板の上記一面に形成され、
上記補償板用溝に、これにより位置決めされて上記光学フィルタと少なくとも上記発光素子の出射光に対して同一特性の補償板が上記光学フィルタと逆向きに傾斜、対向して配されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の双方向光学モジュール。
位置決め用基板の一面側において、その基板自体に、ファイバ用Ｖ溝とレンズ用Ｖ溝が一直線上に形成され、
上記レンズ用Ｖ溝に光ファイバが配され、
上記レンズ用溝に集光用円柱体が配され、
上記集光用円柱体の上記光ファイバと反対側の端面と対向して発光素子が上記位置決め用基板に配され、
上記光ファイバの上記集光用円柱体側の端面が上記基板の上記一面に対して傾斜面とされ、その傾斜面に上記発光素子からの出射光を透過し、上記光ファイバからの入射光を上記基板の上記一面に対して角度をもって反射させる光学フィルタが形成され、
上記光学フィルタにより反射された入射光を受光する受光素子が設けられ、
上記発光素子よりの出射光は上記集光用円柱体により上記光ファイバの端面に集光される双方向光学モジュール。
上記出射光が上記光学フィルタの通過に基づく光線通路のずれと対応して、上記光ファイバの光軸と、上記集光用円柱体の光軸とが、上記基板の上記一面と垂直な方向においてずれていることを特徴とする請求項１〜５、７の何れかに記載の双方向光学モジュール。
上記基板の上記一面の上記発光素子近傍に素子位置決めマークが形成され、上記レンズ用Ｖ溝と連通して上記基板の上記一面に上記直線と垂直な位置決め溝が上記発光素子と接近して形成され、その位置決め溝の壁面に上記集光用円柱体の端面が対接されていることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の双方向光学モジュール。
上記基板の上記一面の上記レンズ用Ｖ溝の位置に、このレンズ用Ｖ溝と垂直方向の遮光溝が形成され、その遮光溝に遮光材が充填されていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の双方向光学モジュール。