JP2006215288A - 光学部品、光デバイス、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 接着材を用いた光学部品の実装を容易にすること。
【解決手段】 所定面上に接着材を用いて取り付けられる光学部品であって、基体（１２）と、当該基体の一方面側に設けられる光学要素（１８、１９）と、当該光学要素の周りを囲むように上記基体の一方面側に設けられる枠体（１２ａ）と、を備える。光学部品と所定面との隙間に接着材（５）を浸透させて光学部品を取り付ける場合に、接着材が光学要素の位置まで侵入することが枠体によって回避される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光を用いた情報通信等に用いられる部品やデバイスに関する。

特開２００４−２４６２７９号公報（特許文献１）には、光伝送媒体の一端から出射される光信号、又は光素子から出射される光信号の進路を略９０度変更させて光学的な結合を図る構造を採用した光モジュールが開示されている。

上述したような光モジュールでは、接着材を用いて光学部品を基板等の所定面上に取り付ける工程が必要となる場合がある。例えば、上記文献に記載の光モジュールでは、レンズと一体に形成された光学部品（光ソケット）が基板上に取り付けられている。このときの製造手順は、一般に以下のようになる。まず、光学部品と基板等とのアライメントを行い、光学部品と基板等の上に載置する。次に、光学部品と基板等との隙間に接着材（例えば熱硬化型接着剤）を浸透させ、その後、接着材を硬化させる。

しかし、上記のような手順で光学部品と取り付ける際に、接着材がレンズ等の光学要素にも付着してしまい、これらの光学要素が本来の機能を発揮できなくなる場合がある。例えば、光学要素と基板との間に空気が存在することを前提として光学設計がなされているとすると、この空気が存在すべき隙間に接着材が入り込んでしまうことにより屈折率等の光学的条件がずれ、レンズの集光作用が損なわれる場合がある。このような不都合を回避するためには、接着材の供給量や塗布位置などを高精度に制御する必要が生じる。このため、接着材を用いた光学部品の実装を容易に行うことを可能とする技術が望まれている。

特開２００４−２４６２７９号公報

そこで、本発明は、接着材を用いた光学部品の実装を容易に行うことを可能とする技術の提供を目的とする。

第１の態様の本発明は、所定面上に接着材を用いて取り付けられる光学部品であって、基体と、当該基体の一方面側に設けられる光学要素と、当該光学要素の周りを囲み、かつ基体の一方面を基準とした高さが光学要素と同じかそれ以上となるように上記基体の一方面側に設けられる枠体と、を備えるものである。ここで「所定面」とは、光学部品が取り付けられるべき面をいい、例えば基板の表面などが該当する。また「光学要素」とは、光学的作用を発揮する要素一般をいい、その内容に限定はないが、例えばレンズ、アライメントマーク、又は回折素子などが該当する。

かかる構成によれば、所定面に光学要素が対向配置されるようにして当該所定面上に光学部品を配置し、光学部品と所定面との隙間に接着材を浸透させて光学部品を取り付ける場合に、接着材が光学要素の位置まで侵入することを回避できる。したがって、接着材を用いた光学部品の実装を容易に行うことが可能となる。

上記枠体は、断面凸形状に形成されていることが好ましい。

これにより、枠体と所定面との密着性がより向上し、接着材の浸透防止効果が高まる。

また、上記枠体は、上記基体と一体に形成されていることが好ましい。

これにより、射出成形法などの成形法によって基体と枠体とを一括形成することができるので、本発明にかかる光学部品の製造が容易となる。

また、前記枠体は、その外縁が前記基体の前記一方面の外縁よりも内側に位置するように設けられており、前記接着材は、前記枠体の外縁の周囲であって前記基体の一方面と前記所定面との隙間に配置されることが好ましい。

これにより、接着材が基体及び所定面のそれぞれとの接触面積を大きく確保しやすい。

また、上記光学要素は、上記基体と一体に形成されていることが好ましい。

これにより、射出成形法などの成形法によって基体と光学要素とを一括形成することができるので、本発明にかかる光学部品の製造が容易となる。

第２の態様の本発明は、上述した光デバイスを備える電子機器である。ここで「電子機器」とは、電気回路等を用いて一定の機能を実現する機器一般をいい、その構成には特に限定がないが、例えば、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（携帯型情報端末）、電子手帳など各種機器が挙げられる。本発明にかかる光デバイス等は、これらの電子機器において機器内部での情報通信や外部機器等との間における情報通信に用いることが可能である。

以下、本発明の実施の態様について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の光デバイスの概略構成を説明する図（斜視図）である。図１に示すように、本実施形態の光デバイスは、光ファイバ（光伝送媒体）３の一端部にプラグ２を設け、当該プラグ２をレセプタクル１に取り付けることによって、光ファイバ３の一端と所定の光学的要素との光結合を図るものである。

図２は、図１に示す光デバイスの分解斜視図である。図３は、図１に示す光デバイスのIII−III線方向に沿った断面図である。図４は、図３に示す光デバイスを部分的に拡大した断面図である。以下、各図を参照しながら、本実施形態の光デバイスの詳細構成を説明する。

プラグ２は、光ファイバ３の一端側においてファイバ芯を挟み込んで支持するように設けられており、凸部２０と、当該凸部２０の両側に配置され、位置決め用ガイドとして機能する切り欠き部２１と、レンズ２２を含んで構成されている。このプラグ２は、例えば、プラスチックなどの材料を用いて形成される。

凸部２０は、光ファイバ３の長手方向（図１に示すＺ方向）に沿った中央付近に延在している。本実施形態のプラグ２は、この凸部２０を含む肉厚な範囲内において光ファイバ３の一端を支持するように形成されている。

切り欠き部２１は、凸部２０の両側にそれぞれ設けられ、プラグ２の厚さ方向（図１に示すＹ方向）の位置決めに用いられる。より具体的には、図２に示すように、切り欠き部２１は上向きの面を有しており、当該上向き面がレセプタクル１の上側収容部材１５（詳細は後述する）と当接することによって、プラグ２のＹ方向の位置決めがなされる。

レンズ２２は、プラグ２の先端側に設けられており、光ファイバ３から出射する光信号を集光して反射部１７へ導き、又は光素子１３から出射し、反射部１７によって進路変更された光信号を集光して光ファイバ３の端面へ導く機能を担う（図３及び図４参照）。図４に示すように、プラグ２は、このレンズ２２の焦点に対応する位置に光ファイバ３の端面を突き当てる面が形成され、この突き当たり面よりも後端側にかけて複数のＶ溝（Ｖ溝アレイ）が形成されている。Ｖ溝に光ファイバ３を添えて接着固定することにより、光ファイバ３の端面の位置が決定される。なお、必要に応じて、ファイバカバー用のプレートで光ファイバ３を押さえつけて接着してもよい。

レセプタクル１は、基板１０、ガイドブロック１１、光学ブロック１２、枠体１２ａ、光素子１３、回路チップ１４、上側収容部材１５、下側収容部材１６、反射部１７、レンズ１８、アライメントマーク１９を含んで構成されている。

基板１０は、一方面上にプラグ２が載置されて、上側収容部材１５と共に当該プラグ２の厚さ方向（Ｙ方向）の位置決めを行うものである。また、本実施形態の基板１０は、一方面上でガイドブロック１１及び光学ブロック１２を支持する機能を担う。この基板１０は、例えば、ガラスやプラスチックなどの材料を用いて形成される。また、本実施形態では、基板１０の他方面側に光素子１３を配置し、一方面側に光ファイバ３及び反射部１７を配置していることから、光信号の進路上に基板１０が存在することになるので、基板１０としては透光性を有するものが用いられる。

ガイドブロック１１は、基板１０の一方面側に設けられ、プラグ２の側部と当接して当該プラグ２の幅方向（図１に示すＸ方向）、すなわちプラグ２の厚み方向及び光ファイバ３の長手方向のそれぞれと直交する方向の位置を決める機能を担う。このガイドブロック１１は、基板１０と熱膨張率がほぼ同等又はそれに近い材料であり、且つ基板１０との接着性が良好な材料を用いることが好ましい。かかる条件は、例えば、基板１０の構成材料と同材料を用いてガイドブロック１１を形成することにより実現し得る。

光学ブロック１２は、透光性を有する部材からなり、プラグ２の先端部と当接して、光ファイバ３の長手方向（図１に示すＺ方向）におけるプラグ２の位置を決める機能を担う。なお、この光学ブロック１２が「基体」に相当する。

枠体１２ａは、光学要素としてのレンズ１８及びアライメントマーク１９の周りを囲み、かつ基体１２の一方面を基準とした高さがレンズ１８及びアライメントマーク１９の高さと同じかそれ以上となるようにして光学ブロック１２の一方面側に設けられている。本実施形態の枠体１２ａは図示のように断面凸形状に形成されており、基板１０と接すべき上面が平坦となっている。これにより、基板１０と枠体１２ａとの密着性を高めることができる。この枠体１２ａは、射出成形法などの成形法を用いて光学ブロック１２と一体に形成されている。

このような枠体１２ａを設けることにより、接着材５を用いて光学ブロック１２を基板１０上に取り付ける際に、接着材５がレンズ１８及びアライメントマーク１９の位置まで流入することを防止できる。その様子を図５に示す。図５では、基板１０の裏面側から光学ブロック１２を観察した様子が模式的に表されている。なお図４は図５に示すIV−IV線方向の断面に対応している。図５に示すように、光学ブロック１２の一方面側に設けられた枠体１２ａの存在により、製造時に毛細管現象を利用して光学ブロック１２と基板１０との隙間に注入される接着材５はレンズ１８やアライメントマーク１９の位置まで到達することがない。図５に示すように、本例の枠体１２ａは、その外縁が基体１２の一方面の外縁よりも内側に位置するように設けられている。そして、接着材５は、枠体１２ａの外縁の周囲であって、基体１２の一方面と基板１０の一方面との間に生じる隙間に配置されている。これにより、接着材５が基体１２及び基板１０のそれぞれとの接触面積を大きく確保し、十分な接着強度を得ることができる。

ここで、アライメントマーク１９に対する接着材５の付着を防止する理由は以下の通りである。例えば、光学ブロック１２の取り付けが完了した後の検査工程などにおいて、光学ブロック１２の取り付け位置ずれを評価するために、アライメントマーク１９を利用したい場合がある。この際に、アライメントマーク１９に接着材５が付着していると、アライメントマーク１９を光学的に検出することが難しくなるからである。

光素子１３は、基板１０の他方面側に配置され、当該基板１０の他方面上に形成された電気配線と電気的に接続されており、当該電気配線を介して回路チップ１４から与えられる駆動信号に応じて光信号を出射し、又は入射した光信号の強度に応じて電気信号を出力する。ここで、光素子１３の具体例は、光デバイスが情報送信側に用いられるか情報受信側に用いられるかによって異なる。光デバイスが情報送信側に用いられる場合には、光素子１３としてＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）などの発光素子が用いられる。また、光デバイス１が情報受信側に用いられる場合には、光素子１３としてフォトダイオードなどの受光素子が用いられる。また、図３及び図４に例示するように、基板１０の他方面側の電気配線は、ボールハンダ４を介して他の回路基板（マザーボード）等と電気的に接続される。すなわち本実施形態では、実装方式としてＢＧＡ（ball grid array）パッケージを採用している。なお、実装方法はこれに限定されるものではない。

回路チップ１４は、基板１０の他方面側に配置され、当該基板１０の他方面上に形成された電気配線と電気的に接続されている。光素子１３が発光素子である場合には、回路チップ１４として、光素子１３に対する駆動信号の供給を行うドライバを含むものが用いられる。また、光素子１３が受光素子である場合には、回路チップ１４として、光素子１３からの出力信号の増幅等を行うレシーバアンプを含むものが用いられる。

上側収容部材１５は、下側収容部材１６とともにレセプタクル１の各要素を収容するものであり、プラグ２の凸部２０を露出させる開口を有している。この上側収容部材１５が下側収容部材１６に固定された際に、開口の縁部及びその近傍がプラグ２の切り欠き部２１と当接し、プラグ２の厚み方向（Ｙ方向）の位置を決める機能が実現される。また、本実施形態の上側収容部材１５は、弾性体からなる板状部材（例えば、金属板バネ等）を用いて形成されている。そして、各部材を組み立てた際に、上側収容部材１５の開口の縁部及びその近傍によって切り欠き部２１が覆われるように形状加工されている。このとき、上側収容部材１５の有する弾性力によって、プラグ２をその厚み方向に付勢する力（押し付け力）が発生し、それによってプラグ２のＹ方向の位置決めがなされる。

下側収容部材１６は、上側収容部材１５とともにレセプタクル１の各要素を収容するものであり、基板１０の他方面を露出させる開口を有している。基板１０、ガイドブロック１１、光学ブロック１２などからなるコアモジュールはこの下側収容部材１６に埋め込まれ、接着材又は半田等を用いて接合される。通常は、上記コアモジュールを下側収容部材１６に取り付けた段階のものをマザーボード等へ実装した後に、プラグ２をガイドブロック１１、光学ブロック１２の各ガイド面の内側に挿入し、その後、上側収容部材１５をかぶせる、という順序で組み立てがなされる。

反射部１７は、基板１０の一方面側に設けられ、光ファイバ３の一端から出射する光信号の進路を略９０度変更して光素子１３へ導き、又は光素子１３から出射する光信号の進路を略９０度変更して光ファイバ３の一端へ導く機能を担う。本実施形態では図３等に示すように、反射部１７は、光学ブロック１２の一部を切り欠いてＸＺ平面に対して略４５度の傾きをもつ反射面とすることにより、光学ブロック１２と一体に形成されている。そして、光学ブロック１２を透光性部材によって構成することにより、光学ブロック１２内に光信号を通過させ、反射部１７において反射させている。したがって本実施形態では、光ファイバ３から出射した光信号は、反射部１７から基板１０を透過して光素子１３へ進行し、又は光素子１３から基板１０を透過して反射部１７へ進行することになる。このような反射部１７は、光学ブロック１２を構成する材料を適宜選択し、当該光学ブロック１２とその周囲の気体（空気等）との屈折率差を入射光が全反射する条件（或いはそれに近い条件）とすることによって実現される。

レンズ１８は、反射部１７と光素子１３との間における光信号の進路上に配置されており、光ファイバ３の端面から出射して反射部１７により反射された光信号を集光して光素子１３へ導き、又は光素子１３から出射した光信号を集光して略平行光とする機能を担う。本実施形態では、このレンズ１８は、光学ブロック１２の一方面側に当該光学ブロック１２と一体に設けられている。より具体的には、レンズ１８は、光学ブロック１２の所定位置に凹部を設け、当該凹部の内側に形成されている。

アライメントマーク１９は、光学ブロック１２の一方面側に設けられており、光学ブロック１２を基板１０に取り付ける際のアライメントの基準として用いられる。本実施形態では光学ブロック１２の一部を突起させるようにして当該光学ブロック１２と一体にアライメントマーク１９を形成している。

本実施形態の光デバイスはこのような構成を有しており、次に、光学ブロック１２を基板１０に取り付ける際の方法について説明する。

図６は、光学ブロック１２の取り付け手順（製造方法）を説明する工程図である。

まず、図６（Ａ）に示すように、光学ブロック１２と基板１０との相対的な位置関係の調整、すなわちアライメントを行う。具体的には、光学ブロック１２と基板１０とを所定間隔（例えば数十μｍ程度）に近接させた状態で両者を撮像し、画像処理による位置検出を行ってアライメントをとり、レンズ１８の光軸が所定位置に配置されるようにする。このとき、レンズ１８の光軸とアライメントマーク１９とは所定の位置関係にあるので、アライメントマーク１９を基準にしてアライメントをとることができる。また、基板１０上に形成された配線パターン等をアライメント基準として参照してもよい。更に、図示のように光素子１３が既に実装済みの場合には、この光素子１３の発光部（又は受光部）などの所定部位をアライメント基準としてもよい。

次に図６（Ｂ）に示すように、枠体１２ａが基板１０と接触するようにして、光学ブロック１２を基板１０上に載置する。このとき、以後の工程において光学ブロック１２の位置ずれが起こらないように、光学ブロック１２と基板１０に対して適度な荷重をかけておく。

次に図６（Ｃ）に示すように、基板１０上であって光学ブロック１２の周囲に液状の接着材５を塗布し、毛細管現象を利用して光学ブロック１２と基板１０との隙間に接着材５を浸透させる。タクトタイム短縮の観点からは、熱硬化型または光硬化型の接着材を用いることが好ましい。このとき、上述したように、接着材５の浸透が枠体１２ａによって止められ、レンズ１８やアライメントマーク１９の位置まで接着材５が流入することがない。

次に、接着材５に所定の処理（加熱又は光照射）を行って硬化させる。これにより、図６（Ｄ）に示すように、光学ブロック１２が基板１０上の所定位置に取り付けられる。

上述した実施形態にかかる光デバイスは、光通信装置（光トランシーバ）や光電気混載回路基板などに組み込んで用いることが可能である。

図７は、本発明にかかる光デバイスを備える電子機器の一例を示す斜視図である。図７では電子機器の一例としてパーソナルコンピュータが示されている。図７に示すノート型のパーソナルコンピュータ１００は、キーボード１０１を有する本体部１０２と、表示パネル１０３とを備えて構成されている。本実施形態にかかる光デバイスは、図７に示すパーソナルコンピュータ１００の本体部１０２の内部に含まれて、当該パーソナルコンピュータ１００が外部装置との相互間で情報通信を行うために用いられる。また、本実施形態にかかる光デバイス等は、パーソナルコンピュータ１００の本体部１０２の内部において、各ユニットの相互間（例えば、ディスク装置とマザーボードとの相互間）の情報通信を行うためにも用いられ得る。

このように、本実施形態の光学部品は、基板１０の一方面にレンズ１８等の光学要素が対向配置されるようにして基板１０上に取り付けられる際に、接着材５がレンズ１８等の光学要素の位置まで侵入することを回避することができる。したがって、接着材を用いた光学部品の実装を容易に行うことが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。

上述した実施形態では、枠体１２ａは光学ブロック１２と一体に形成されていたが、枠体１２ａと光学ブロック１２とは別体として構成されていてもよい。例えば、感光性のドライフィルムを用いて枠体を形成することも可能である。この場合には、光学ブロックの枠体を設けるべき面にドライフィルムを貼り付け、その後露光、現像、エッチングなどの工程を経て、枠体とすべき部分のみドライフィルムを残留させることにより、光学ブロックとは別体の枠体を容易に形成することができる。またこれ以外にも、スクリーン印刷等の手法によって枠体を形成してもよい。

上述した実施形態では、反射部１７やレンズ１８は光学ブロック１２と一体に形成されていたが、これらの反射部１７又はレンズ１８はそれぞれ単独の構成要素として存在してもよい。同様に、レンズ２２は、プラグ２と一体に形成されていなくてもよい。

上述した実施形態では、光伝送媒体の一例として光ファイバを示しているが、これに限定する趣旨ではなく、光導波路などを光伝送媒体としてもよい。

一実施形態の光デバイスの概略構成を説明する図（斜視図）である。 図１に示す光デバイスの分解斜視図である。 図１に示す光デバイスのIII−III線方向に沿った断面図である。 図３に示す光デバイスを部分的に拡大した断面図である。 枠体と接着材との位置関係を説明するための図である。 光学ブロックの取り付け手順（製造方法）を説明する工程図である。 電子機器の一例の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１…レセプタクル、２…光プラグ、３…光ファイバ、５…接着材、１０…基板、１１…ガイドブロック、１２…光学ブロック、１２ａ…枠体、１３…光素子、１５…上側収容部材、１６…下側収容部材、１７…反射部、１８…レンズ、１９…アライメントマーク

Claims (8)

1. 所定面上に接着材を用いて取り付けられる光学部品であって、
   基体と、
   前記基体の一方面側に設けられる光学要素と、
   前記光学要素の周りを囲み、かつ前記基体の一方面を基準とした高さが前記光学要素の高さと同じかそれ以上となるように前記基体の一方面側に設けられる枠体と、
   を備える、光学部品。
2. 前記枠体は、断面凸形状に形成されている、請求項１に記載の光学部品。
3. 前記枠体は、前記基体と一体に形成されている、請求項１に記載の光学部品。
4. 前記枠体は、その外縁が前記基体の前記一方面の外縁よりも内側に位置するように設けられており、
   前記接着材は、前記枠体の外縁の周囲であって前記基体の一方面と前記所定面との隙間に配置される、請求項１に記載の光学部品。
5. 前記光学要素は、レンズ又はアライメントマークである、請求項１に記載の光学部品。
6. 前記光学要素は、前記基体と一体に形成されている、請求項１に記載の光学部品。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の光学部品を備える光デバイス。
8. 請求項７に記載の光デバイスを備える電子機器。

Images