JP2004347895A - 光学部品用基板の製造方法及びその成形型 - Google Patents
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Abstract
【課題】光導波路用の基板をプレス成形にて製造する際に、この基板を成形する成形型の破損等を防止して基板を低コストで製造する。
【解決手段】光導波路4と光ファイバ6とを互いに光伝送可能に接続可能であるとともに、光導波路4を成形するための光導波路成形溝35と、光ファイバ6を固定するための光ファイバ固定溝36とを有する基板34を成形型30を用いてプレス成形にて製造する方法において、光導波路成形溝成形部31に、光導波路成形溝35の溝底面35aを成形可能な溝底面成形面31aと溝側面35bを成形可能な溝側面成形面31bとを有し、かつ溝底面成形面31aと溝側面成形面31bとのコーナ部31cに凸状曲面33を有する成形型30を、被成形物20に押し付けることで、溝底面35aと溝側面35bとのコーナ部35cに凹状曲面37を有する基板34を成形する。
【選択図】 図1
【解決手段】光導波路4と光ファイバ6とを互いに光伝送可能に接続可能であるとともに、光導波路4を成形するための光導波路成形溝35と、光ファイバ6を固定するための光ファイバ固定溝36とを有する基板34を成形型30を用いてプレス成形にて製造する方法において、光導波路成形溝成形部31に、光導波路成形溝35の溝底面35aを成形可能な溝底面成形面31aと溝側面35bを成形可能な溝側面成形面31bとを有し、かつ溝底面成形面31aと溝側面成形面31bとのコーナ部31cに凸状曲面33を有する成形型30を、被成形物20に押し付けることで、溝底面35aと溝側面35bとのコーナ部35cに凹状曲面37を有する基板34を成形する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信技術において、光導波路の一端面に光ファイバの一端面を所定の相対位置精度で対向させることで前記光導波路と前記光ファイバとの間で光を伝送させることが可能な光学部品用基板を、プレス成形にて製造するための光学部品用基板の製造方法及びその成形型に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の光通信技術において用いられる光送受信器である光学部品としての光モジュールには、例えば、図8に示すようなものがある。詳細には、この光モジュール1は、光モジュール1の本体部である基板2と、この基板2の上面の中央部分に設けられたY字状の光導波路成形溝3にこの基板2の材料よりも高屈折率な樹脂製のコア材料が充填されて形成された光導波路4と、この基板2の一端側であって光導波路4のY字状に分岐していない側に設けられた光ファイバ固定溝5に配置されるとともに、光導波路4に対して光伝送可能に光接続された光ファイバ6と、この基板2の他端側であって光導波路4におけるY字状に分岐している側に実装されている電気回路パターン7とを有する。なお、この電気回路パターン7と光導波路4とは、発光素子としてのレーザダイオード8、及び受光素子としてのフォトダイオード9を介して互いに接続されている。
【0003】
このような光モジュール1を始めとする光通信デバイス、光通信システムにおける共通課題として、光伝送損失を低くするために調心接続機などを用いて、光導波路4の中心と光ファイバ6における光伝送部であるコア部(図示は省略)の中心とを調心して位置合わせをし(以下、この作業を芯出しと記す)、これらの端面どうしを突き合わせた状態で光接続する必要がある。しかも、この芯出しの精度は、シングルモードの場合であれば、例えば±1μm以下である。
【0004】
このような中、基板に所定形状の光ファイバ固定用のV溝を形成して光導波路と光ファイバとの芯出しを行う方法(例えば、特許文献1参照)や光導波路と光ファイバとの間に配置したろう材を融解させ、このろう材の表面張力を利用して光導波路と光ファイバとの芯出しを行う方法(例えば、特許文献2参照)などが案出されている。
【0005】
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に開示されたいずれの技術でも、光導波路と光ファイバとの芯出し作業を別工程で行う必要があり、この作業に手間がかかるので、基板の生産性及び経済性の面で問題がある。
【0006】
これに対し、特許文献3には、上記のような芯出し作業を必要とすることなく、光導波路と光ファイバとの芯出しが可能な方法が開示されている。この方法において用いる基板の光導波路成形溝及び光ファイバ固定溝は、あらかじめ所定の位置関係を有するように形成されている。すなわち、光ファイバがそのコア部の端面を光導波路の端面に突き合わせた状態で光ファイバ固定溝に配置されることで、光導波路と光ファイバとの芯出しが同時に行われるように形成されている。これにより、基板の所定の位置に光ファイバを配置するだけで、光導波路と光ファイバとを高効率で光接続することができる。
【0007】
また、特許文献4には、非球面ガラスレンズの製造方法として既に実用化されているプレス成形方法を利用して、特許文献3における基板のような、光導波路と光ファイバとを芯出し状態で配置することが可能な形状の基板を、成形型を用いてプレス成形する方法が開示されている。
【0008】
詳細には、特許文献3における基板のような、光導波路と光ファイバとを正確に芯出した状態で配置することが可能な形状に形成された基板のマスタ型、すなわちこの基板と全く同じ形状の型を、研削砥石を用いた機械加工などによって形成する。
【0009】
ここで、このようにして作成されたマスタ型を用いて、成形型をプレス成形にて成形する方法を図9を用いて説明する。図9に示すプレス成形装置10は、下部ブロック11に取り付けられている下型12と、この下部ブロック11と対になる上部ブロック13に、光導波路成形溝3及び光ファイバ固定溝5が下型12に対向するように取り付けられている上型としてのマスタ型14とを備えており、マスタ型14に対向する下型12の上面の所定の位置には、マスタ型14の反転形状が転写されるマザーガラス15が載置されている。なお、16、16は加熱ヒータである。
【0010】
このような構成において、プレス成形装置10を作動させてマザーガラス15を400℃〜550℃程度に加熱して軟化させる。そして、プレス成形装置10によりマスタ型14を下降させてマザーガラス15に押し付け、このマスタ型14の表面形状をマザーガラス15の表面に反転転写する。
【0011】
その後、マザーガラス15を冷却したうえでマスタ型14をマザーガラス15から離脱させる。これにより、図10に示すように、マスタ型14の表面形状が反転転写された表面形状を有する成形型17を成形する。すなわち、成形型17には、光導波路成形溝3に対応した光導波路成形溝成形部18と光ファイバ固定溝5に対応した光ファイバ固定溝成形部19とが成形される。このような方法によれば、マスタ型14における光導波路成形溝3と光ファイバ固定溝5との位置関係を精度良く、成形型17に転写することができる。
【0012】
なお、図10(a)は、成形型17全体を示す斜視図、図10(b)は、図10(a)におけるC−C断面図、すなわち成形型17における光導波路成形溝成形部18の拡大断面を示している。図10(b)に示すように、成形型17の表面には、研削砥石を用いた機械加工などによって形成されたマスタ型14の表面形状がそのまま反転転写されるので、光導波路成形溝成形部18の断面形状は、ほぼ矩形状に形成される。すなわち、光導波路成形溝成形部18における溝底成形面18aと溝側面成形面18bとの境界であるコーナ部18c、18cがほぼ直角に形成される。
【0013】
このようにして成形された成形型17を用いて、基板2をプレス成形にて製造する方法を図11を用いて説明する。なお、図11に示すプレス成形装置10は、図9に示したプレス成形装置10と同様のものであるが、マスタ型14の替わりに成形型17、マザーガラス15の替わりに基板2の材料となる被成形物20がそれぞれ配置されている。
【0014】
このような構成において、プレス成形装置10を作動させ、図9にて説明した成形型17を成形する場合と同様にして、被成形物20にプレス加工を施し、成形型17の表面形状を被成形物20の表面に反転転写し、最終的にマスタ型14と同じ形状となる基板2を製造する。これにより、成形型17を用いてプレス成形することから、一定形状の光導波路成形溝3及び光ファイバ固定溝5を有する基板2を大量に、安価に、かつ迅速に安定して生産することができる。
【0015】
このようにして成形された基板2における光導波路成形溝3に、この基板2の材料よりも高屈折率な樹脂製のコア材料を充填するとともに、基板2と同等以下の低い屈折率を有するガラス板等で光導波路成形溝3の溝底面に対向する箇所の開口部に蓋部(図示は省略)を設け、この光導波路成形溝3を密閉して光導波路4を形成する。そして、形成された光導波路4の光ファイバ固定溝5側の端面に、光ファイバ6のコア部の端面が接するように光ファイバ6を突き合わせて、光導波路4と光ファイバ6とを芯出し状態で配置する。これにより、特に複雑な芯出し作業を行うことなく簡単に、光導波路4と光ファイバ6とを高効率で光接続することができる。
【0016】
【特許文献1】
特開平5−60940号公報(第5頁、第1図)
【0017】
【特許文献2】
特開平5−27140号公報(第3頁、第1図)
【0018】
【特許文献3】
特開平7−287141号公報(第5頁、第1図)
【0019】
【特許文献4】
特開2001−201646号公報(第7頁、第6図)
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の基板2の製造方法では、成形型17における光導波路成形溝成形部18の断面形状が矩形状であるため、すなわち光導波路成形溝成形部18における溝底成形面18aと溝側面成形面18bとの境界であるコーナ部18c、18cがほぼ直角であるために、主に、加熱されて軟化した状態の被成形物20に成形型17を押し付けて基板2を成形するときに、成形型17に作用する応力がこのコーナ部18c、18cに集中しやすくなり、場合によっては光導波路成形溝成形部18が欠けてしまったり、破損してしまったりすることがあった。
【0021】
このため、基板2を設計値通りの形状に安定して成形することができなかったり、また、基板2を設計値通りの形状に成形するためには破損した成形型17を新たな成形型17に交換する必要があるので、結果的にプレス成形による製造方法のコストメリットを生かすことができなかった。
【0022】
そこで本発明はこのような問題を解決して、光導波路用の基板をプレス成形にて製造する際に、この基板を成形する成形型の破損等を防止して基板を低コストで製造することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1記載の発明は、光導波路と光ファイバとを互いに光伝送可能に接続させることが可能であるとともに、前記光導波路を成形するための光導波路成形溝と、前記光ファイバを固定するための光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板を、前記光導波路成形溝を成形可能な凸状の光導波路成形溝成形部と、前記光ファイバ固定溝を成形するための凸状の光ファイバ固定溝成形部とを表面に有する成形型を用いてプレス成形にて製造する光学部品用基板の製造方法において、前記光導波路成形溝成形部に、前記光導波路成形溝における溝底面を成形可能な溝底面成形面と前記光導波路成形溝における溝側面を成形可能な溝側面成形面とを有するとともに、前記溝底面成形面と前記溝側面成形面とのコーナ部に凸状曲面を有する前記成形型を被成形物に押し付け、前記成形型の表面形状の反転形状を前記被成形物の表面に転写することで、溝底面と溝側面とのコーナ部に凹状曲面を有する光導波路成形溝と、光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板を成形するものである。
【0024】
このような構成によれば、溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部に凸状曲面を有する成形型を被成形物に押し付け、前記成形型の表面形状の反転形状を前記被成形物の表面に転写して、溝底面と溝側面とのコーナ部に凹状曲面を有する光導波路成形溝と、光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板を成形することで、例えば、溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部が直角である成形型を用いる場合に比べて、プレス成形時に、成形型のコーナ部に応力が集中するのを防止することができる。これにより、この応力に起因して光導波路成形溝成形部が欠けてしまったり、破損してしまったりすることを防止することができる。したがって、成形型を交換する頻度を大幅に減少させることができ、光学部品用基板を迅速にかつ低コストで製造することができる。しかも、プレス成形にて光学部品用基板を成形できることから、生産性の向上を図ることができ、形状の安定した光学部品用基板を製造することができる。
【0025】
請求項2記載の発明は、光導波路を成形するための光導波路成形溝に光学部品用基板よりも高屈折率の材料が充填されるとともに前記光導波路成形溝における溝底面に対向する箇所の開口部に前記高屈折率の材料よりも低屈折率な材料で形成された蓋部が設けられることで形成された光導波路と、前記光導波路に対して光ファイバを光伝送可能に接続させて固定させることが可能な光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板であって、前記光導波路成形溝における溝底面と溝側面とのコーナ部が凹状曲面に形成されているものである。
【0026】
請求項3記載の発明は、光導波路と光ファイバとを互いに光伝送可能に接続させることが可能であるとともに、前記光導波路を成形するための光導波路成形溝と、前記光ファイバを固定するための光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板をプレス成形にて製造するための光学部品用基板の成形型であって、前記光導波路成形溝を成形可能な凸状の光導波路成形溝成形部と、前記光ファイバ固定溝を成形するための凸状の光ファイバ固定溝成形部とを表面に有し、前記光導波路成形溝成形部が、前記光導波路成形溝における溝底面を成形可能な溝底面成形面と前記光導波路成形溝における溝側面を成形可能な溝側面成形面とを有し、前記溝底面成形面と前記溝側面成形面とのコーナ部が凸状曲面に形成されているものである。
【0027】
このような構成によれば、光学部品用基板における光導波路成形溝を成形可能な光導波路成形溝成形部が溝底面成形面と溝側面成形面とを有し、前記溝底面成形面と前記溝側面成形面とのコーナ部が凸状曲面に形成されていることにより、例えば、溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部が直角である場合に比べて、プレス成形時に前記コーナ部に応力が集中するのを防止することができる。これにより、この応力に起因して光導波路成形溝成形部が欠けてしまったり、破損してしまったりすることを防止することができる。したがって、成形型を交換する頻度を大幅に減少させることができ、光学部品用基板を迅速にかつ低コストで製造することができる。しかも、プレス成形にて光学部品用基板を成形できることから、生産性の向上を図ることができ、形状の安定した光学部品用基板を製造することができる。
【0028】
請求項4記載の発明は、請求項3記載の光学部品用基板の成形型において、凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部に、エッチング加工が施されることで形成されたものである。
【0029】
このような構成によれば、成形型の表面には均等にエッチング加工が施されることになるが、このとき、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部は、面と面とが交わる箇所であるので、特にエッチングの作用が集中し、その結果、前記コーナ部を凸状曲面に形成することができる。
【0030】
請求項5記載の発明は、請求項3記載の光学部品用基板の成形型において、凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部に、遊離砥粒を用いた加工が施されることで形成されたものである。
【0031】
このような構成によれば、遊離砥粒を用いることで、光学部品の面粗さを小さくすることができ、これにより、異物が付着しにくい光学部品を成形することができる。
【0032】
請求項6記載の発明は、請求項5記載の光学部品用基板の成形型において、遊離砥粒を用いた加工が、遊離砥粒を光導波路成形溝成形部と研磨布との間に介在させた状態で前記光導波路成形溝成形部に前記研磨布を押圧するものである。
【0033】
このような構成によれば、光導波路成形溝成形部に施す研磨量を調整することができる。したがって、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部の凸状曲面の形状を容易に調整することができる。
【0034】
請求項7記載の発明は、請求項3記載の光学部品用基板の成形型において、凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部の外面に薄膜が被覆されることで形成されたものである。
【0035】
このような構成によれば、凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部の外面に薄膜が被覆されることで形成されていることにより、このコーナ部を被覆する薄膜の膜厚を調整すれば、前記凸状曲面の形状を容易に調整することができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態1〜3を図1〜図7を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態1〜3においては、光学部品のマスタ型を形成し、プレス成形装置により、このマスタ型の表面形状をマザーガラスに反転転写して成形型を成形する工程までは、図9及び図10を用いて説明した従来の技術と同じ工程であるので省略している。また、従来の技術において既に説明したものと同様のものには、同じ符号を付すことでその詳細な説明を省略する。
(実施の形態1)
プレス成形装置により、マスタ型の表面形状がマザーガラスに反転転写されることで成形された光学部品用成形型としての成形型30は、図1(a)に示すように、光導波路成形溝成形部31と光ファイバ固定溝成形部32とを有している。
【0037】
後述するエッチング加工が施される前の光導波路成形溝成形部31は、図1(b)における仮想線にて示すように、溝底成形面31aと溝側面成形面31bとの境界であるコーナ部31c、31cがほぼ直角に形成されており、かつエッチング加工により除去される寸法分だけあらかじめ大きく成形されている。例えば、図1(b)における実線にて示すような、最終形状の幅w1及び高さh1がともに10μmとなるような光導波路成形溝成形部31を形成するためには、エッチング加工により除去される寸法として、約1.5μm程度、あらかじめ厚肉に成形しておく。なお、成形型30における光ファイバ固定溝成形部32は、その幅w2が光ファイバの直径に形成され、その高さh2が光ファイバの半径に等しくなるように成形されている。
【0038】
このような構成において、図1(a)に示すように、成形型30における光ファイバ固定溝成形部32を含む部分の表面30aをマスキングした後、この成形型30に対して、Ar等の希ガス、フッ化炭素系のガス及び塩素系のガスより選択される一種または複数種を含むガスをエッチングガスとして、例えば、等方性ドライエッチングを施す。
【0039】
これにより、成形型30における光導波路成形溝成形部31を含む部分の表面30bにはマスキングがされていないことから、この表面30bには均等にエッチング加工が施される。このとき、図1(b)に示すように、光導波路成形溝成形部31における溝底面成形面31aと溝側面成形面31bとのコーナ部31c、31cは、面と面とが交わる箇所であるので、特にエッチングの作用が集中し、その結果、コーナ部31c、31cに、図1(b)の実線にて示すような、凸状曲面33、33を形成することができる。
【0040】
このとき、例えば、1.5μm程度厚肉に形成されている光導波路成形溝成形部31に、エッチング加工を施すことで、幅w1及び高さh1がともに10μmである光導波路成形溝成形部31を成形することができるとともに、幅方向の長さS1が1.0μm、高さ方向の長さS2が1.2μmの凸状曲面33を形成することができる。
【0041】
このようにして成形された、光導波路成形溝成形部31に凸状曲面33を有する成形型30を用いて、プレス成形により、基板34を成形する方法を図2を参照しながら説明する。なお、図2に示すプレス成形装置10は、図9に示したプレス成形装置10と同様のものであるが、マスタ型14の替わりに成形型30、マザーガラス15の替わりに基板34の材料となる被成形物20がそれぞれ配置されている。
【0042】
このような構成のプレス成形装置10を作動させ、被成形物20を加熱ヒータ16、16により、例えば400℃以上に加熱して軟化させる。そして、この軟化した状態の被成形物20に成形型30の表面を押し付け、成形型30の表面形状を被成形物20の表面に反転転写する。
【0043】
このとき、例えば、図10(b)に示したような、光導波路成形溝成形部18におけるコーナ部18c、18cがほぼ直角である場合に比べて、光導波路成形溝成形部31におけるコーナ部31c、31cに凸状曲面33が形成されていることから、被成形物20に成形型30を押し付ける際に、コーナ部31c、31cに応力が集中するのを防止することができる。
【0044】
これにより、この応力に起因して光導波路成形溝成形部31が欠けてしまったり、破損してしまったりすることを防止することができる。したがって、成形型30を交換する頻度を大幅に減少させることができ、基板34を迅速にかつ低コストで製造することができる。しかも、プレス成形にて成形できることから、光導波路成形溝成形部31に数ミクロンオーダーの凸状曲面33を安定して形成することが可能であるとともに、基板34の生産性の向上を図ることができる。
【0045】
ここで、凸状曲面におけるS1及びS2の長さと、そのときの成形型の基板成形可能回数である寿命回数との関係を図4に示す。なお、丸印はS1の長さについての測定値、四角印はS2の長さについての測定値を示している。例えば、最も左側にあるプロットの位置と寿命回数との関係では、丸印の座標が(X1、Y)で、四角印の座標が(X2、Y)である(図中のAは、丸印及び四角印を通る補助線である)。これは、凸状曲面におけるS1の長さがX1μmで、かつS2の長さがX2μmである成形型の寿命がY回であることを示している。
【0046】
このようなことから、図4に示すように、光導波路成形溝成形部におけるS1及びS2が0のとき、すなわち光導波路成形溝成形部が凸状曲面を有さない場合では、その成形型の寿命回数は約100回前後であるが、凸状曲面におけるS1及びS2を大きく形成することで、成形型30の寿命を約一万回程度に飛躍的に延ばすことができる。
【0047】
成形型30を用いたプレス成形により、図3に示すような、光導波路成形溝35及び光ファイバ固定溝36を有する基板34を成形することができる。なお、図3(a)は、基板34全体を示す斜視図、図3(b)は、図3(a)におけるB−B断面図、すなわち成形型34における光導波路成形溝35の断面を示している。
【0048】
この基板34における光導波路成形溝35は、図3(b)に示すように、溝底面35aと溝側面35bとの境界であるコーナ部35c、35cには、成形型30の光導波路成形溝成形部31における凸状曲面33が反転転写されて凹状曲面37が形成されている。この凹状曲面37の幅方向の長さS3は成形型30の凸状曲面33の幅方向の長さS1と同様であり、凹状曲面37の高さ(深さ)方向の長さS4は凸状曲面33の高さ方向の長さS2と同様である。
【0049】
このようにして成形された基板34には、図6に示すように、光ファイバ6を配置するための加工がさらに施される。詳細には、図6(a)に示すように、基板34における光導波路成形溝35にこの基板34の材料よりも高屈折率の樹脂材料、例えば、紫外線硬化樹脂や別組成のガラス材料などをコア材料として充填し、図6(b)に示すように、この基板34と同等以下の低屈折率を有するガラス板等で光導波路成形溝35の溝底面35aに対向する箇所の開口部に蓋部40を設けて光導波路4を形成する。なお、この蓋部40は、成形型30における光導波路成形溝成形部31を含む部分の表面30bに対応する大きさに形成されている。
【0050】
次に、光導波路成形溝35と光ファイバ固定溝36との境界部38を、図6(c)に示すように、例えば、ダイシングソー(図示は省略)で除去して、光導波路4の端面を平滑にする。そして、図6(d)に示すように、光ファイバ固定溝36に光ファイバ6を配置するとともに、この光ファイバ6の端面を光導波路4の端面に接触させる。
【0051】
このとき、基板34における光ファイバ固定溝36に光ファイバ6を配置することで、特別な位置調整や芯出し作業を要することなく光導波路4と光ファイバ6のコア部6aとを簡単に光接続させることができる。
【0052】
なお、上記の実施の形態1では等方性ドライエッチングを用いて、凸状曲面33を形成しているが、酸またはアルカリの成形型素材を用い、この成形型を溶解可能な水溶液によるウエットエッチングを施すことで所望の凸状曲面33を形成することもできる。
【0053】
また、図6(d)に示すように組み立てられた光学部品における光導波路4に、レーザーダイオード光源を用いて、波長1.3μmのレーザを入射し、その出力光量を測定したものを図5に示す。なお、横軸は凹状曲面におけるS3及びS4の長さ、縦軸はそのときの出力光量を示している。(図5においては、S3を表す曲線とS4を表す曲線とが重なっている。)なお、図5において、丸印はS3の長さについての測定値、四角印はS4の長さについての測定値を示している。例えば、最も左側にあるプロットの位置と出力光量との関係では、丸印の座標が(X1、Z)で、四角印の座標が(X2、Z)である(図中のBは、丸印及び四角印を通る補助線である)。これは、凹状曲面におけるS3の長さがX1μmで、かつS4の長さがX2μmである光導波路成形溝に成形された光導波路の出力光量がZであることを示している。
【0054】
このようなことから、図5に示すように、基板の光導波路成形溝におけるS3及びS4の値に関係せず、すなわち凹状曲面を有していても、規格値1.0に近い出力光量を得ることができ、実用上問題が無いことが確認された。
(実施の形態2)
実施の形態1では、等方性ドライエッチングにより、成形型30のコーナ部31cに凸状曲面33を形成しているが、エッチング加工に変わって、成形型30の表面に薄膜形成を施すことで凸状曲面33を形成することができる。
【0055】
具体的には、薄膜形成の一つとして、例えばスパッタ法により、図7(a)に示すように、成形型30における光導波路成形溝成形部31に、耐ガラス反応性の貴金属膜39を堆積させ、この光導波路成形溝成形部31を貴金属膜39で被覆する。
【0056】
これにより、光導波路成形溝成形部31におけるコーナ部31c、31cに凸状曲面33を形成することができる。なお、実施の形態2においては、成形型30における光導波路成形溝成形部31に貴金属膜39が被覆されることで凸状曲面33が形成されるので、図7(a)に示す、薄膜形成前の光導波路成形溝成形部31は、貴金属膜39の膜厚分だけあらかじめ小さく成形されている。
【0057】
このとき、例えば、光導波路成形溝成形部31に、上述したようなスパッタ法による貴金属膜39を形成すると、幅方向の膜厚が3.0μm、高さ方向の膜厚が1.1μmの貴金属膜39を形成することができ、かつ、幅方向の長さS1が0.6μm、高さ方向の長さS2が0.4μmの凸状曲面33を形成することができた。
【0058】
このようなスパッタ法などにより、光導波路成形溝成形部31におけるコーナ部31c、31cに凸状曲面33を形成する場合には、形成される貴金属膜39の形成具合、すなわち膜厚を微妙に調整することができ、その結果、凸状曲面33の形状、すなわち凸状曲面33の幅方向の長さS1及び高さ方向の長さS2を容易に調整することができる。なお、上記のようにして成形された凸状曲面33を有する成形型30を用いて基板34を成形する作業は、実施の形態1と同様であるので省略する。
(実施の形態3)
実施の形態1及び実施の形態2では、それぞれエッチング及び薄膜形成により、成形型30のコーナ部31c、31cに凸状曲面33を形成しているが、これらの方法に変わって、遊離砥粒を用いた加工により、成形型30のコーナ部31c、31cに凸状曲面33を形成することができる。
【0059】
具体的には、平均粒子径が約2μmのダイヤモンドスラリー中に成形型30を浸漬し、発泡ウレタン製の研磨布を貼り付けた定盤(図示は省略)を回転させながら、光導波路成形溝成形部31の溝底面成形面31aに押圧し、図7(b)の仮想線にて示す部分を除去する。
【0060】
これにより、光導波路成形溝成形部31におけるコーナ部31c、31cに凸状曲面33を形成することができる。なお、実施の形態3においては、成形型30における光導波路成形溝成形部31の溝底面成形面31aに研磨加工が施されることで凸状曲面33が形成されるので、図7(b)における仮想線にて示すように、遊離砥粒による研磨前の成形型30における光導波路成形溝成形部31は、研磨により除去される寸法分だけあらかじめ、高さ方向に対して高く成形されている。
【0061】
このとき、例えば、上述したような遊離砥粒による研磨が光導波路成形溝成形部31の溝底面成形面31aに施されることで、この溝底面成形面31aは、高さ方向に3.0μm除去され、これにより形成される凸状曲面33の幅方向の長さS1は5.0μm、高さ方向の長さS2は4.8μmであった。
【0062】
このように、遊離砥粒を用いることで、光導波路成形溝成形部31の面粗さを小さくすることができ、結果として、形成する基板34の面粗さを小さくすることができる。これにより、異物が付着しにくい基板34を成形することができる。また、遊離砥粒を用いた加工が、遊離砥粒を光導波路成形溝成形部31と研磨布との間に介在させた状態で光導波路成形溝成形部31に研磨布を押し付けるものであるので、光導波路成形溝成形部31に施す研磨の量を調整すれば、凸状曲面33の形状、すなわち凸状曲面33の幅方向の長さS1及び高さ方向の長さS2を容易に調整することができる。
【0063】
上記の実施の形態3においては、遊離砥粒を用いた加工として、遊離砥粒にウレタンゴムを組み合わせて使用したが、他の研磨布である不織布や植毛布、研磨布の代わりに、すずや鋳物その他の合金、または樹脂製の定盤を用いても同様の効果を得ることができる。
【0064】
なお、上記のようにして成形された成形型を用いて光学部品を成形する作業は実施の形態1と同様であるので省略する。
【0065】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部に凸状曲面を有する成形型を被成形物に押し付け、前記成形型の表面形状の反転形状を前記被成形物の表面に転写して、溝底面と溝側面とのコーナ部に凹状曲面を有する光導波路成形溝と、光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板を成形することで、例えば、溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部が直角である成形型を用いる場合に比べて、プレス成形時に、成形型のコーナ部に応力が集中するのを防止することができる。これにより、この応力に起因して光導波路成形溝成形部が欠けてしまったり、破損してしまったりすることを防止することができる。したがって、成形型を交換する頻度を大幅に減少させることができ、光学部品用基板を迅速にかつ低コストで製造することができる。しかも、プレス成形にて光学部品用基板を成形できることから、生産性の向上を図ることができ、形状の安定した光学部品用基板を製造することができる。
【0066】
また、光学部品用基板における光導波路成形溝を成形可能な光導波路成形溝成形部が溝底面成形面と溝側面成形面とを有し、前記溝底面成形面と前記溝側面成形面とのコーナ部が凸状曲面に形成されていることにより、例えば、溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部が直角である場合に比べて、プレス成形時に前記コーナ部に応力が集中するのを防止することができる。これにより、この応力に起因して光導波路成形溝成形部が欠けてしまったり、破損してしまったりすることを防止することができる。したがって、成形型を交換する頻度を大幅に減少させることができ、光学部品用基板を迅速にかつ低コストで製造することができる。しかも、プレス成形にて光学部品用基板を成形できることから、生産性の向上を図ることができ、形状の安定した光学部品用基板を製造することができる。
【0067】
また、成形型の表面には均等にエッチング加工が施されることになるが、このとき、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部は、面と面とが交わる箇所であるので、特にエッチングの作用が集中し、その結果、前記コーナ部を凸状曲面に形成することができる。
【0068】
また、遊離砥粒を用いることで、光学部品の面粗さを小さくすることができ、これにより、異物が付着しにくい光学部品を成形することができる。
また、光導波路成形溝成形部に施す研磨量を調整することができる。したがって、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部の凸状曲面の形状を容易に調整することができる。
【0069】
さらに、凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部の外面に薄膜が被覆されることで形成されていることにより、このコーナ部を被覆する薄膜の膜厚を調整すれば、前記凸状曲面の形状を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、本発明の光学部品用基板の成形型の斜視図であり、(b)は、(a)におけるA−A断面図である。
【図2】図1に示す成形型をプレス成形により成形している状態を示す図である。
【図3】(a)は、図1に示す成形型にて成形された基板の斜視図であり、(b)は、(a)におけるB−B断面図である。
【図4】凸状曲面におけるS1及びS2の長さと、そのときの成形型の基板成形可能回数である寿命回数との関係を示す図である。
【図5】凹状曲面を有する光導波路に対して行ったレーザの照射実験の結果を示す図である。
【図6】図1に示す成形型を用いてプレス成形した基板に光ファイバを配置する様子を示す図である。
【図7】(a)は、本発明の実施の形態2の方法により形成された光導波路成形溝成形部における凸状曲面を示す図であり、(b)は、本発明の実施の形態3の方法により形成された光導波路成形溝成形部における凸状曲面を示す図である。
【図8】従来の光学部品用基板を示す図である。
【図9】従来の技術における成形型をプレス成形にて成形している状態を示す図である。
【図10】(a)は、従来の技術における光学部品用基板の成形型の斜視図であり、(b)は、(a)におけるC−C断面図である。
【図11】図10に示す成形型を用いて、基板をプレス成形にて成形している状態を示す図である。
【符号の説明】
4 光導波路
6 光ファイバ
20 被成形物
30 成形型
31 光導波路成形溝成形部
31a 溝底面成形面
31b 溝側面成形面
31c コーナ部
32 光ファイバ固定溝成形部
33 凸状曲面
34 基板
35 光導波路成形溝
35a 溝底面
35b 溝側面
35c コーナ部
36 光ファイバ固定溝
37 凹状曲面
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信技術において、光導波路の一端面に光ファイバの一端面を所定の相対位置精度で対向させることで前記光導波路と前記光ファイバとの間で光を伝送させることが可能な光学部品用基板を、プレス成形にて製造するための光学部品用基板の製造方法及びその成形型に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の光通信技術において用いられる光送受信器である光学部品としての光モジュールには、例えば、図8に示すようなものがある。詳細には、この光モジュール1は、光モジュール1の本体部である基板2と、この基板2の上面の中央部分に設けられたY字状の光導波路成形溝3にこの基板2の材料よりも高屈折率な樹脂製のコア材料が充填されて形成された光導波路4と、この基板2の一端側であって光導波路4のY字状に分岐していない側に設けられた光ファイバ固定溝5に配置されるとともに、光導波路4に対して光伝送可能に光接続された光ファイバ6と、この基板2の他端側であって光導波路4におけるY字状に分岐している側に実装されている電気回路パターン7とを有する。なお、この電気回路パターン7と光導波路4とは、発光素子としてのレーザダイオード8、及び受光素子としてのフォトダイオード9を介して互いに接続されている。
【0003】
このような光モジュール1を始めとする光通信デバイス、光通信システムにおける共通課題として、光伝送損失を低くするために調心接続機などを用いて、光導波路4の中心と光ファイバ6における光伝送部であるコア部(図示は省略)の中心とを調心して位置合わせをし(以下、この作業を芯出しと記す)、これらの端面どうしを突き合わせた状態で光接続する必要がある。しかも、この芯出しの精度は、シングルモードの場合であれば、例えば±1μm以下である。
【0004】
このような中、基板に所定形状の光ファイバ固定用のV溝を形成して光導波路と光ファイバとの芯出しを行う方法(例えば、特許文献1参照)や光導波路と光ファイバとの間に配置したろう材を融解させ、このろう材の表面張力を利用して光導波路と光ファイバとの芯出しを行う方法(例えば、特許文献2参照)などが案出されている。
【0005】
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に開示されたいずれの技術でも、光導波路と光ファイバとの芯出し作業を別工程で行う必要があり、この作業に手間がかかるので、基板の生産性及び経済性の面で問題がある。
【0006】
これに対し、特許文献3には、上記のような芯出し作業を必要とすることなく、光導波路と光ファイバとの芯出しが可能な方法が開示されている。この方法において用いる基板の光導波路成形溝及び光ファイバ固定溝は、あらかじめ所定の位置関係を有するように形成されている。すなわち、光ファイバがそのコア部の端面を光導波路の端面に突き合わせた状態で光ファイバ固定溝に配置されることで、光導波路と光ファイバとの芯出しが同時に行われるように形成されている。これにより、基板の所定の位置に光ファイバを配置するだけで、光導波路と光ファイバとを高効率で光接続することができる。
【0007】
また、特許文献4には、非球面ガラスレンズの製造方法として既に実用化されているプレス成形方法を利用して、特許文献3における基板のような、光導波路と光ファイバとを芯出し状態で配置することが可能な形状の基板を、成形型を用いてプレス成形する方法が開示されている。
【0008】
詳細には、特許文献3における基板のような、光導波路と光ファイバとを正確に芯出した状態で配置することが可能な形状に形成された基板のマスタ型、すなわちこの基板と全く同じ形状の型を、研削砥石を用いた機械加工などによって形成する。
【0009】
ここで、このようにして作成されたマスタ型を用いて、成形型をプレス成形にて成形する方法を図9を用いて説明する。図9に示すプレス成形装置10は、下部ブロック11に取り付けられている下型12と、この下部ブロック11と対になる上部ブロック13に、光導波路成形溝3及び光ファイバ固定溝5が下型12に対向するように取り付けられている上型としてのマスタ型14とを備えており、マスタ型14に対向する下型12の上面の所定の位置には、マスタ型14の反転形状が転写されるマザーガラス15が載置されている。なお、16、16は加熱ヒータである。
【0010】
このような構成において、プレス成形装置10を作動させてマザーガラス15を400℃〜550℃程度に加熱して軟化させる。そして、プレス成形装置10によりマスタ型14を下降させてマザーガラス15に押し付け、このマスタ型14の表面形状をマザーガラス15の表面に反転転写する。
【0011】
その後、マザーガラス15を冷却したうえでマスタ型14をマザーガラス15から離脱させる。これにより、図10に示すように、マスタ型14の表面形状が反転転写された表面形状を有する成形型17を成形する。すなわち、成形型17には、光導波路成形溝3に対応した光導波路成形溝成形部18と光ファイバ固定溝5に対応した光ファイバ固定溝成形部19とが成形される。このような方法によれば、マスタ型14における光導波路成形溝3と光ファイバ固定溝5との位置関係を精度良く、成形型17に転写することができる。
【0012】
なお、図10(a)は、成形型17全体を示す斜視図、図10(b)は、図10(a)におけるC−C断面図、すなわち成形型17における光導波路成形溝成形部18の拡大断面を示している。図10(b)に示すように、成形型17の表面には、研削砥石を用いた機械加工などによって形成されたマスタ型14の表面形状がそのまま反転転写されるので、光導波路成形溝成形部18の断面形状は、ほぼ矩形状に形成される。すなわち、光導波路成形溝成形部18における溝底成形面18aと溝側面成形面18bとの境界であるコーナ部18c、18cがほぼ直角に形成される。
【0013】
このようにして成形された成形型17を用いて、基板2をプレス成形にて製造する方法を図11を用いて説明する。なお、図11に示すプレス成形装置10は、図9に示したプレス成形装置10と同様のものであるが、マスタ型14の替わりに成形型17、マザーガラス15の替わりに基板2の材料となる被成形物20がそれぞれ配置されている。
【0014】
このような構成において、プレス成形装置10を作動させ、図9にて説明した成形型17を成形する場合と同様にして、被成形物20にプレス加工を施し、成形型17の表面形状を被成形物20の表面に反転転写し、最終的にマスタ型14と同じ形状となる基板2を製造する。これにより、成形型17を用いてプレス成形することから、一定形状の光導波路成形溝3及び光ファイバ固定溝5を有する基板2を大量に、安価に、かつ迅速に安定して生産することができる。
【0015】
このようにして成形された基板2における光導波路成形溝3に、この基板2の材料よりも高屈折率な樹脂製のコア材料を充填するとともに、基板2と同等以下の低い屈折率を有するガラス板等で光導波路成形溝3の溝底面に対向する箇所の開口部に蓋部(図示は省略)を設け、この光導波路成形溝3を密閉して光導波路4を形成する。そして、形成された光導波路4の光ファイバ固定溝5側の端面に、光ファイバ6のコア部の端面が接するように光ファイバ6を突き合わせて、光導波路4と光ファイバ6とを芯出し状態で配置する。これにより、特に複雑な芯出し作業を行うことなく簡単に、光導波路4と光ファイバ6とを高効率で光接続することができる。
【0016】
【特許文献1】
特開平5−60940号公報(第5頁、第1図)
【0017】
【特許文献2】
特開平5−27140号公報(第3頁、第1図)
【0018】
【特許文献3】
特開平7−287141号公報(第5頁、第1図)
【0019】
【特許文献4】
特開2001−201646号公報(第7頁、第6図)
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の基板2の製造方法では、成形型17における光導波路成形溝成形部18の断面形状が矩形状であるため、すなわち光導波路成形溝成形部18における溝底成形面18aと溝側面成形面18bとの境界であるコーナ部18c、18cがほぼ直角であるために、主に、加熱されて軟化した状態の被成形物20に成形型17を押し付けて基板2を成形するときに、成形型17に作用する応力がこのコーナ部18c、18cに集中しやすくなり、場合によっては光導波路成形溝成形部18が欠けてしまったり、破損してしまったりすることがあった。
【0021】
このため、基板2を設計値通りの形状に安定して成形することができなかったり、また、基板2を設計値通りの形状に成形するためには破損した成形型17を新たな成形型17に交換する必要があるので、結果的にプレス成形による製造方法のコストメリットを生かすことができなかった。
【0022】
そこで本発明はこのような問題を解決して、光導波路用の基板をプレス成形にて製造する際に、この基板を成形する成形型の破損等を防止して基板を低コストで製造することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項1記載の発明は、光導波路と光ファイバとを互いに光伝送可能に接続させることが可能であるとともに、前記光導波路を成形するための光導波路成形溝と、前記光ファイバを固定するための光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板を、前記光導波路成形溝を成形可能な凸状の光導波路成形溝成形部と、前記光ファイバ固定溝を成形するための凸状の光ファイバ固定溝成形部とを表面に有する成形型を用いてプレス成形にて製造する光学部品用基板の製造方法において、前記光導波路成形溝成形部に、前記光導波路成形溝における溝底面を成形可能な溝底面成形面と前記光導波路成形溝における溝側面を成形可能な溝側面成形面とを有するとともに、前記溝底面成形面と前記溝側面成形面とのコーナ部に凸状曲面を有する前記成形型を被成形物に押し付け、前記成形型の表面形状の反転形状を前記被成形物の表面に転写することで、溝底面と溝側面とのコーナ部に凹状曲面を有する光導波路成形溝と、光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板を成形するものである。
【0024】
このような構成によれば、溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部に凸状曲面を有する成形型を被成形物に押し付け、前記成形型の表面形状の反転形状を前記被成形物の表面に転写して、溝底面と溝側面とのコーナ部に凹状曲面を有する光導波路成形溝と、光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板を成形することで、例えば、溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部が直角である成形型を用いる場合に比べて、プレス成形時に、成形型のコーナ部に応力が集中するのを防止することができる。これにより、この応力に起因して光導波路成形溝成形部が欠けてしまったり、破損してしまったりすることを防止することができる。したがって、成形型を交換する頻度を大幅に減少させることができ、光学部品用基板を迅速にかつ低コストで製造することができる。しかも、プレス成形にて光学部品用基板を成形できることから、生産性の向上を図ることができ、形状の安定した光学部品用基板を製造することができる。
【0025】
請求項2記載の発明は、光導波路を成形するための光導波路成形溝に光学部品用基板よりも高屈折率の材料が充填されるとともに前記光導波路成形溝における溝底面に対向する箇所の開口部に前記高屈折率の材料よりも低屈折率な材料で形成された蓋部が設けられることで形成された光導波路と、前記光導波路に対して光ファイバを光伝送可能に接続させて固定させることが可能な光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板であって、前記光導波路成形溝における溝底面と溝側面とのコーナ部が凹状曲面に形成されているものである。
【0026】
請求項3記載の発明は、光導波路と光ファイバとを互いに光伝送可能に接続させることが可能であるとともに、前記光導波路を成形するための光導波路成形溝と、前記光ファイバを固定するための光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板をプレス成形にて製造するための光学部品用基板の成形型であって、前記光導波路成形溝を成形可能な凸状の光導波路成形溝成形部と、前記光ファイバ固定溝を成形するための凸状の光ファイバ固定溝成形部とを表面に有し、前記光導波路成形溝成形部が、前記光導波路成形溝における溝底面を成形可能な溝底面成形面と前記光導波路成形溝における溝側面を成形可能な溝側面成形面とを有し、前記溝底面成形面と前記溝側面成形面とのコーナ部が凸状曲面に形成されているものである。
【0027】
このような構成によれば、光学部品用基板における光導波路成形溝を成形可能な光導波路成形溝成形部が溝底面成形面と溝側面成形面とを有し、前記溝底面成形面と前記溝側面成形面とのコーナ部が凸状曲面に形成されていることにより、例えば、溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部が直角である場合に比べて、プレス成形時に前記コーナ部に応力が集中するのを防止することができる。これにより、この応力に起因して光導波路成形溝成形部が欠けてしまったり、破損してしまったりすることを防止することができる。したがって、成形型を交換する頻度を大幅に減少させることができ、光学部品用基板を迅速にかつ低コストで製造することができる。しかも、プレス成形にて光学部品用基板を成形できることから、生産性の向上を図ることができ、形状の安定した光学部品用基板を製造することができる。
【0028】
請求項4記載の発明は、請求項3記載の光学部品用基板の成形型において、凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部に、エッチング加工が施されることで形成されたものである。
【0029】
このような構成によれば、成形型の表面には均等にエッチング加工が施されることになるが、このとき、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部は、面と面とが交わる箇所であるので、特にエッチングの作用が集中し、その結果、前記コーナ部を凸状曲面に形成することができる。
【0030】
請求項5記載の発明は、請求項3記載の光学部品用基板の成形型において、凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部に、遊離砥粒を用いた加工が施されることで形成されたものである。
【0031】
このような構成によれば、遊離砥粒を用いることで、光学部品の面粗さを小さくすることができ、これにより、異物が付着しにくい光学部品を成形することができる。
【0032】
請求項6記載の発明は、請求項5記載の光学部品用基板の成形型において、遊離砥粒を用いた加工が、遊離砥粒を光導波路成形溝成形部と研磨布との間に介在させた状態で前記光導波路成形溝成形部に前記研磨布を押圧するものである。
【0033】
このような構成によれば、光導波路成形溝成形部に施す研磨量を調整することができる。したがって、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部の凸状曲面の形状を容易に調整することができる。
【0034】
請求項7記載の発明は、請求項3記載の光学部品用基板の成形型において、凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部の外面に薄膜が被覆されることで形成されたものである。
【0035】
このような構成によれば、凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部の外面に薄膜が被覆されることで形成されていることにより、このコーナ部を被覆する薄膜の膜厚を調整すれば、前記凸状曲面の形状を容易に調整することができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態1〜3を図1〜図7を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態1〜3においては、光学部品のマスタ型を形成し、プレス成形装置により、このマスタ型の表面形状をマザーガラスに反転転写して成形型を成形する工程までは、図9及び図10を用いて説明した従来の技術と同じ工程であるので省略している。また、従来の技術において既に説明したものと同様のものには、同じ符号を付すことでその詳細な説明を省略する。
(実施の形態1)
プレス成形装置により、マスタ型の表面形状がマザーガラスに反転転写されることで成形された光学部品用成形型としての成形型30は、図1(a)に示すように、光導波路成形溝成形部31と光ファイバ固定溝成形部32とを有している。
【0037】
後述するエッチング加工が施される前の光導波路成形溝成形部31は、図1(b)における仮想線にて示すように、溝底成形面31aと溝側面成形面31bとの境界であるコーナ部31c、31cがほぼ直角に形成されており、かつエッチング加工により除去される寸法分だけあらかじめ大きく成形されている。例えば、図1(b)における実線にて示すような、最終形状の幅w1及び高さh1がともに10μmとなるような光導波路成形溝成形部31を形成するためには、エッチング加工により除去される寸法として、約1.5μm程度、あらかじめ厚肉に成形しておく。なお、成形型30における光ファイバ固定溝成形部32は、その幅w2が光ファイバの直径に形成され、その高さh2が光ファイバの半径に等しくなるように成形されている。
【0038】
このような構成において、図1(a)に示すように、成形型30における光ファイバ固定溝成形部32を含む部分の表面30aをマスキングした後、この成形型30に対して、Ar等の希ガス、フッ化炭素系のガス及び塩素系のガスより選択される一種または複数種を含むガスをエッチングガスとして、例えば、等方性ドライエッチングを施す。
【0039】
これにより、成形型30における光導波路成形溝成形部31を含む部分の表面30bにはマスキングがされていないことから、この表面30bには均等にエッチング加工が施される。このとき、図1(b)に示すように、光導波路成形溝成形部31における溝底面成形面31aと溝側面成形面31bとのコーナ部31c、31cは、面と面とが交わる箇所であるので、特にエッチングの作用が集中し、その結果、コーナ部31c、31cに、図1(b)の実線にて示すような、凸状曲面33、33を形成することができる。
【0040】
このとき、例えば、1.5μm程度厚肉に形成されている光導波路成形溝成形部31に、エッチング加工を施すことで、幅w1及び高さh1がともに10μmである光導波路成形溝成形部31を成形することができるとともに、幅方向の長さS1が1.0μm、高さ方向の長さS2が1.2μmの凸状曲面33を形成することができる。
【0041】
このようにして成形された、光導波路成形溝成形部31に凸状曲面33を有する成形型30を用いて、プレス成形により、基板34を成形する方法を図2を参照しながら説明する。なお、図2に示すプレス成形装置10は、図9に示したプレス成形装置10と同様のものであるが、マスタ型14の替わりに成形型30、マザーガラス15の替わりに基板34の材料となる被成形物20がそれぞれ配置されている。
【0042】
このような構成のプレス成形装置10を作動させ、被成形物20を加熱ヒータ16、16により、例えば400℃以上に加熱して軟化させる。そして、この軟化した状態の被成形物20に成形型30の表面を押し付け、成形型30の表面形状を被成形物20の表面に反転転写する。
【0043】
このとき、例えば、図10(b)に示したような、光導波路成形溝成形部18におけるコーナ部18c、18cがほぼ直角である場合に比べて、光導波路成形溝成形部31におけるコーナ部31c、31cに凸状曲面33が形成されていることから、被成形物20に成形型30を押し付ける際に、コーナ部31c、31cに応力が集中するのを防止することができる。
【0044】
これにより、この応力に起因して光導波路成形溝成形部31が欠けてしまったり、破損してしまったりすることを防止することができる。したがって、成形型30を交換する頻度を大幅に減少させることができ、基板34を迅速にかつ低コストで製造することができる。しかも、プレス成形にて成形できることから、光導波路成形溝成形部31に数ミクロンオーダーの凸状曲面33を安定して形成することが可能であるとともに、基板34の生産性の向上を図ることができる。
【0045】
ここで、凸状曲面におけるS1及びS2の長さと、そのときの成形型の基板成形可能回数である寿命回数との関係を図4に示す。なお、丸印はS1の長さについての測定値、四角印はS2の長さについての測定値を示している。例えば、最も左側にあるプロットの位置と寿命回数との関係では、丸印の座標が(X1、Y)で、四角印の座標が(X2、Y)である(図中のAは、丸印及び四角印を通る補助線である)。これは、凸状曲面におけるS1の長さがX1μmで、かつS2の長さがX2μmである成形型の寿命がY回であることを示している。
【0046】
このようなことから、図4に示すように、光導波路成形溝成形部におけるS1及びS2が0のとき、すなわち光導波路成形溝成形部が凸状曲面を有さない場合では、その成形型の寿命回数は約100回前後であるが、凸状曲面におけるS1及びS2を大きく形成することで、成形型30の寿命を約一万回程度に飛躍的に延ばすことができる。
【0047】
成形型30を用いたプレス成形により、図3に示すような、光導波路成形溝35及び光ファイバ固定溝36を有する基板34を成形することができる。なお、図3(a)は、基板34全体を示す斜視図、図3(b)は、図3(a)におけるB−B断面図、すなわち成形型34における光導波路成形溝35の断面を示している。
【0048】
この基板34における光導波路成形溝35は、図3(b)に示すように、溝底面35aと溝側面35bとの境界であるコーナ部35c、35cには、成形型30の光導波路成形溝成形部31における凸状曲面33が反転転写されて凹状曲面37が形成されている。この凹状曲面37の幅方向の長さS3は成形型30の凸状曲面33の幅方向の長さS1と同様であり、凹状曲面37の高さ(深さ)方向の長さS4は凸状曲面33の高さ方向の長さS2と同様である。
【0049】
このようにして成形された基板34には、図6に示すように、光ファイバ6を配置するための加工がさらに施される。詳細には、図6(a)に示すように、基板34における光導波路成形溝35にこの基板34の材料よりも高屈折率の樹脂材料、例えば、紫外線硬化樹脂や別組成のガラス材料などをコア材料として充填し、図6(b)に示すように、この基板34と同等以下の低屈折率を有するガラス板等で光導波路成形溝35の溝底面35aに対向する箇所の開口部に蓋部40を設けて光導波路4を形成する。なお、この蓋部40は、成形型30における光導波路成形溝成形部31を含む部分の表面30bに対応する大きさに形成されている。
【0050】
次に、光導波路成形溝35と光ファイバ固定溝36との境界部38を、図6(c)に示すように、例えば、ダイシングソー(図示は省略)で除去して、光導波路4の端面を平滑にする。そして、図6(d)に示すように、光ファイバ固定溝36に光ファイバ6を配置するとともに、この光ファイバ6の端面を光導波路4の端面に接触させる。
【0051】
このとき、基板34における光ファイバ固定溝36に光ファイバ6を配置することで、特別な位置調整や芯出し作業を要することなく光導波路4と光ファイバ6のコア部6aとを簡単に光接続させることができる。
【0052】
なお、上記の実施の形態1では等方性ドライエッチングを用いて、凸状曲面33を形成しているが、酸またはアルカリの成形型素材を用い、この成形型を溶解可能な水溶液によるウエットエッチングを施すことで所望の凸状曲面33を形成することもできる。
【0053】
また、図6(d)に示すように組み立てられた光学部品における光導波路4に、レーザーダイオード光源を用いて、波長1.3μmのレーザを入射し、その出力光量を測定したものを図5に示す。なお、横軸は凹状曲面におけるS3及びS4の長さ、縦軸はそのときの出力光量を示している。(図5においては、S3を表す曲線とS4を表す曲線とが重なっている。)なお、図5において、丸印はS3の長さについての測定値、四角印はS4の長さについての測定値を示している。例えば、最も左側にあるプロットの位置と出力光量との関係では、丸印の座標が(X1、Z)で、四角印の座標が(X2、Z)である(図中のBは、丸印及び四角印を通る補助線である)。これは、凹状曲面におけるS3の長さがX1μmで、かつS4の長さがX2μmである光導波路成形溝に成形された光導波路の出力光量がZであることを示している。
【0054】
このようなことから、図5に示すように、基板の光導波路成形溝におけるS3及びS4の値に関係せず、すなわち凹状曲面を有していても、規格値1.0に近い出力光量を得ることができ、実用上問題が無いことが確認された。
(実施の形態2)
実施の形態1では、等方性ドライエッチングにより、成形型30のコーナ部31cに凸状曲面33を形成しているが、エッチング加工に変わって、成形型30の表面に薄膜形成を施すことで凸状曲面33を形成することができる。
【0055】
具体的には、薄膜形成の一つとして、例えばスパッタ法により、図7(a)に示すように、成形型30における光導波路成形溝成形部31に、耐ガラス反応性の貴金属膜39を堆積させ、この光導波路成形溝成形部31を貴金属膜39で被覆する。
【0056】
これにより、光導波路成形溝成形部31におけるコーナ部31c、31cに凸状曲面33を形成することができる。なお、実施の形態2においては、成形型30における光導波路成形溝成形部31に貴金属膜39が被覆されることで凸状曲面33が形成されるので、図7(a)に示す、薄膜形成前の光導波路成形溝成形部31は、貴金属膜39の膜厚分だけあらかじめ小さく成形されている。
【0057】
このとき、例えば、光導波路成形溝成形部31に、上述したようなスパッタ法による貴金属膜39を形成すると、幅方向の膜厚が3.0μm、高さ方向の膜厚が1.1μmの貴金属膜39を形成することができ、かつ、幅方向の長さS1が0.6μm、高さ方向の長さS2が0.4μmの凸状曲面33を形成することができた。
【0058】
このようなスパッタ法などにより、光導波路成形溝成形部31におけるコーナ部31c、31cに凸状曲面33を形成する場合には、形成される貴金属膜39の形成具合、すなわち膜厚を微妙に調整することができ、その結果、凸状曲面33の形状、すなわち凸状曲面33の幅方向の長さS1及び高さ方向の長さS2を容易に調整することができる。なお、上記のようにして成形された凸状曲面33を有する成形型30を用いて基板34を成形する作業は、実施の形態1と同様であるので省略する。
(実施の形態3)
実施の形態1及び実施の形態2では、それぞれエッチング及び薄膜形成により、成形型30のコーナ部31c、31cに凸状曲面33を形成しているが、これらの方法に変わって、遊離砥粒を用いた加工により、成形型30のコーナ部31c、31cに凸状曲面33を形成することができる。
【0059】
具体的には、平均粒子径が約2μmのダイヤモンドスラリー中に成形型30を浸漬し、発泡ウレタン製の研磨布を貼り付けた定盤(図示は省略)を回転させながら、光導波路成形溝成形部31の溝底面成形面31aに押圧し、図7(b)の仮想線にて示す部分を除去する。
【0060】
これにより、光導波路成形溝成形部31におけるコーナ部31c、31cに凸状曲面33を形成することができる。なお、実施の形態3においては、成形型30における光導波路成形溝成形部31の溝底面成形面31aに研磨加工が施されることで凸状曲面33が形成されるので、図7(b)における仮想線にて示すように、遊離砥粒による研磨前の成形型30における光導波路成形溝成形部31は、研磨により除去される寸法分だけあらかじめ、高さ方向に対して高く成形されている。
【0061】
このとき、例えば、上述したような遊離砥粒による研磨が光導波路成形溝成形部31の溝底面成形面31aに施されることで、この溝底面成形面31aは、高さ方向に3.0μm除去され、これにより形成される凸状曲面33の幅方向の長さS1は5.0μm、高さ方向の長さS2は4.8μmであった。
【0062】
このように、遊離砥粒を用いることで、光導波路成形溝成形部31の面粗さを小さくすることができ、結果として、形成する基板34の面粗さを小さくすることができる。これにより、異物が付着しにくい基板34を成形することができる。また、遊離砥粒を用いた加工が、遊離砥粒を光導波路成形溝成形部31と研磨布との間に介在させた状態で光導波路成形溝成形部31に研磨布を押し付けるものであるので、光導波路成形溝成形部31に施す研磨の量を調整すれば、凸状曲面33の形状、すなわち凸状曲面33の幅方向の長さS1及び高さ方向の長さS2を容易に調整することができる。
【0063】
上記の実施の形態3においては、遊離砥粒を用いた加工として、遊離砥粒にウレタンゴムを組み合わせて使用したが、他の研磨布である不織布や植毛布、研磨布の代わりに、すずや鋳物その他の合金、または樹脂製の定盤を用いても同様の効果を得ることができる。
【0064】
なお、上記のようにして成形された成形型を用いて光学部品を成形する作業は実施の形態1と同様であるので省略する。
【0065】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部に凸状曲面を有する成形型を被成形物に押し付け、前記成形型の表面形状の反転形状を前記被成形物の表面に転写して、溝底面と溝側面とのコーナ部に凹状曲面を有する光導波路成形溝と、光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板を成形することで、例えば、溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部が直角である成形型を用いる場合に比べて、プレス成形時に、成形型のコーナ部に応力が集中するのを防止することができる。これにより、この応力に起因して光導波路成形溝成形部が欠けてしまったり、破損してしまったりすることを防止することができる。したがって、成形型を交換する頻度を大幅に減少させることができ、光学部品用基板を迅速にかつ低コストで製造することができる。しかも、プレス成形にて光学部品用基板を成形できることから、生産性の向上を図ることができ、形状の安定した光学部品用基板を製造することができる。
【0066】
また、光学部品用基板における光導波路成形溝を成形可能な光導波路成形溝成形部が溝底面成形面と溝側面成形面とを有し、前記溝底面成形面と前記溝側面成形面とのコーナ部が凸状曲面に形成されていることにより、例えば、溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部が直角である場合に比べて、プレス成形時に前記コーナ部に応力が集中するのを防止することができる。これにより、この応力に起因して光導波路成形溝成形部が欠けてしまったり、破損してしまったりすることを防止することができる。したがって、成形型を交換する頻度を大幅に減少させることができ、光学部品用基板を迅速にかつ低コストで製造することができる。しかも、プレス成形にて光学部品用基板を成形できることから、生産性の向上を図ることができ、形状の安定した光学部品用基板を製造することができる。
【0067】
また、成形型の表面には均等にエッチング加工が施されることになるが、このとき、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部は、面と面とが交わる箇所であるので、特にエッチングの作用が集中し、その結果、前記コーナ部を凸状曲面に形成することができる。
【0068】
また、遊離砥粒を用いることで、光学部品の面粗さを小さくすることができ、これにより、異物が付着しにくい光学部品を成形することができる。
また、光導波路成形溝成形部に施す研磨量を調整することができる。したがって、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部の凸状曲面の形状を容易に調整することができる。
【0069】
さらに、凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部の外面に薄膜が被覆されることで形成されていることにより、このコーナ部を被覆する薄膜の膜厚を調整すれば、前記凸状曲面の形状を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、本発明の光学部品用基板の成形型の斜視図であり、(b)は、(a)におけるA−A断面図である。
【図2】図1に示す成形型をプレス成形により成形している状態を示す図である。
【図3】(a)は、図1に示す成形型にて成形された基板の斜視図であり、(b)は、(a)におけるB−B断面図である。
【図4】凸状曲面におけるS1及びS2の長さと、そのときの成形型の基板成形可能回数である寿命回数との関係を示す図である。
【図5】凹状曲面を有する光導波路に対して行ったレーザの照射実験の結果を示す図である。
【図6】図1に示す成形型を用いてプレス成形した基板に光ファイバを配置する様子を示す図である。
【図7】(a)は、本発明の実施の形態2の方法により形成された光導波路成形溝成形部における凸状曲面を示す図であり、(b)は、本発明の実施の形態3の方法により形成された光導波路成形溝成形部における凸状曲面を示す図である。
【図8】従来の光学部品用基板を示す図である。
【図9】従来の技術における成形型をプレス成形にて成形している状態を示す図である。
【図10】(a)は、従来の技術における光学部品用基板の成形型の斜視図であり、(b)は、(a)におけるC−C断面図である。
【図11】図10に示す成形型を用いて、基板をプレス成形にて成形している状態を示す図である。
【符号の説明】
4 光導波路
6 光ファイバ
20 被成形物
30 成形型
31 光導波路成形溝成形部
31a 溝底面成形面
31b 溝側面成形面
31c コーナ部
32 光ファイバ固定溝成形部
33 凸状曲面
34 基板
35 光導波路成形溝
35a 溝底面
35b 溝側面
35c コーナ部
36 光ファイバ固定溝
37 凹状曲面
Claims (7)
- 光導波路と光ファイバとを互いに光伝送可能に接続させることが可能であるとともに、前記光導波路を成形するための光導波路成形溝と、前記光ファイバを固定するための光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板を、前記光導波路成形溝を成形可能な凸状の光導波路成形溝成形部と、前記光ファイバ固定溝を成形するための凸状の光ファイバ固定溝成形部とを表面に有する成形型を用いてプレス成形にて製造する光学部品用基板の製造方法において、前記光導波路成形溝成形部に、前記光導波路成形溝における溝底面を成形可能な溝底面成形面と前記光導波路成形溝における溝側面を成形可能な溝側面成形面とを有するとともに、前記溝底面成形面と前記溝側面成形面とのコーナ部に凸状曲面を有する前記成形型を被成形物に押し付け、前記成形型の表面形状の反転形状を前記被成形物の表面に転写することで、溝底面と溝側面とのコーナ部に凹状曲面を有する光導波路成形溝と、光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板を成形することを特徴とする光学部品用基板の製造方法。
- 光導波路を成形するための光導波路成形溝に光学部品用基板よりも高屈折率の材料が充填されるとともに前記光導波路成形溝における溝底面に対向する箇所の開口部に前記高屈折率の材料よりも低屈折率な材料で形成された蓋部が設けられることで形成された光導波路と、前記光導波路に対して光ファイバを光伝送可能に接続させて固定させることが可能な光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板であって、前記光導波路成形溝における溝底面と溝側面とのコーナ部が凹状曲面に形成されていることを特徴とする光学部品用基板。
- 光導波路と光ファイバとを互いに光伝送可能に接続させることが可能であるとともに、前記光導波路を成形するための光導波路成形溝と、前記光ファイバを固定するための光ファイバ固定溝とを有する光学部品用基板をプレス成形にて製造するための光学部品用基板の成形型であって、前記光導波路成形溝を成形可能な凸状の光導波路成形溝成形部と、前記光ファイバ固定溝を成形するための凸状の光ファイバ固定溝成形部とを表面に有し、前記光導波路成形溝成形部が、前記光導波路成形溝における溝底面を成形可能な溝底面成形面と前記光導波路成形溝における溝側面を成形可能な溝側面成形面とを有し、前記溝底面成形面と前記溝側面成形面とのコーナ部が凸状曲面に形成されていることを特徴とする光学部品用基板の成形型。
- 凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部に、エッチング加工が施されることで形成されたものであることを特徴とする請求項3記載の光学部品用基板の成形型。
- 凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部に、遊離砥粒を用いた加工が施されることで形成されたものであることを特徴とする請求項3記載の光学部品用基板の成形型。
- 遊離砥粒を用いた加工が、遊離砥粒を光導波路成形溝成形部と研磨布との間に介在させた状態で前記光導波路成形溝成形部に前記研磨布を押圧するものであることを特徴とする請求項5記載の光学部品用基板の成形型。
- 凸状曲面が、光導波路成形溝成形部における溝底面成形面と溝側面成形面とのコーナ部の外面に薄膜が被覆されることで形成されたものであることを特徴とする請求項3記載の光学部品用基板の成形型。
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Cited By (2)
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-
2003
- 2003-05-23 JP JP2003145554A patent/JP2004347895A/ja active Pending
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