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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|---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-05-23 JP JP2003145554A patent/JP2004347895A/ja active Pending
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