JP2007178578A - 光送受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリマ導波路とフレキシブル電気基板とを機械的かつ光学的に接続できる光送受信器を提供する。
【解決手段】光素子１１が実装された透明なフレキシブル電気配線基板１０の反対側の面１０ａに、先端が光素子１１の上方に臨むようにポリマ導波路１２を接着し、そのポリマ導波路１２の接合端面１６の先端側のフレキシブル電気配線基板１０ａ上に、ポリマ導波路１２と光素子１１とを結合する反射材２０を形成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のコアを有するポリマ導波路をフレキシブル電気配線基板に機械的に、かつ光学的に接続するための光送受信器に関するものである。

可撓性を有する光導波路として、複数のコアを有するポリマ導波路が開発され（特許文献１）、このポリマ導波路を用いて他の光デバイスと接続することが提案されている。

例えば、特許文献２では、ポリマ導波路にミラー構造を形成し、そのミラー構造に位置して、光−電気変換機能を有する有機導電体膜を形成して、ポリマ導波路からの光信号を、光−電変換することが提案され、また特許文献３では、ポリマ導波路と電気配線基板とを積層してマルチチップモジュール基板とすることが提案されている。

特開平９−２９７２３２号公報 特開２００１−２６４５６０号公報 特開２００４−１２５９４６号公報 特開２０００−９８１５３号公報 国際公開第００／０８５０５号パンフレット

ところで、ポリマ導波路からの光信号を電気配線基板の光素子に、或いは電気配線基板の光素子からポリマ導波路に光信号を入力する場合、電気配線基板自体も可撓性のあるフレキシブル電気配線基板を用いて両者を機械的かつ光学的に接続できれば、光情報処理回路としての適用範囲が格段に向上できることが期待される。

しかしながら、ポリマ導波路の光軸と光素子の光軸は直交しているので、発光素子（もしくはポリマ導波路）から発した光を効率良くポリマ導波路（もしくは受光素子）に入射させるには、何らかの方法で光路を略直角に変換しなければならない。

特許文献４，５のようにポリマ導波路の先端を斜めに加工する方法もあるが、例えばダイヤモンドブレードなどで加工した場合、加工面にダイヤモンド粒の傷跡が残り、反射率が落ちてしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ポリマ導波路とフレキシブル電気基板とを機械的かつ光学的に接続できる光送受信器を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、光素子が実装された透明なフレキシブル電気配線基板の反対側の面に、先端が光素子の上方に臨むようにポリマ導波路を接着し、そのポリマ導波路の先端のフレキシブル電気配線基板上に、ポリマ導波路と光素子とを光学的に結合する反射材を形成したことを特徴とする光送受信器である。

請求項２の発明は、反射材は、ポリマ導波路の先端のフレキシブル電気配線基板上に、そのポリマ導波路の先端に沿って接着剤を滴下して反射面がメニスカス形状の曲面反射部材で形成される請求項１に記載の光送受信器である。

請求項３の発明は、ポリマ導波路の先端側のフレキシブル電気配線基板上には、曲面反射部材の反射面形状を所定に形成するためのメニスカス規制溝が形成される請求項２に記載の光送受信器である。

請求項４の発明は、ポリマ導波路の先端側のフレキシブル電気配線基板上に、反射材形成用型を配置すると共にその反射材形成用型とポリマ導波路の先端間のフレキシブル電気配線基板上に樹脂を流し込んで反射材を形成する請求項１に記載の光送受信器である。

請求項５の発明は、ポリマ導波路は、複数のコアを有し、フレキシブル電気配線基板は、ポリイミド樹脂基板からなり、そのポリイミド樹脂基板の光素子が搭載される側には、光素子を半田固定するためのメタルパターンや電気配線パターンが形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の光送受信器である。

請求項６の発明は、反射材の反射面には金属薄膜が形成される請求項１〜５のいずれかに記載の光送受信器である。

本発明によれば、ポリマ導波路を光素子が搭載された透明なフレキシブル電気配線基板の反対側に接着し、その先端に反射材を設け、ポリマ導波路と光素子とを反射材と透明なフレキシブル電気配線基板を通して光学的に結合することで、可撓性を保ちつつ確実な機械的・光学的接合が行えるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１〜図７は、本発明の光送受信器の一実施の形態を示す図で、図１は平面図、図２は正面図、図３は左側面図、図４は斜視図、図５は裏面側からみた斜視図、図６は、図２の要部拡大図、図７は、曲面反射部材の反射を説明する図である。

図において、１０は、厚さが０．２ｍｍ程度のフレキシブル電気配線基板で、略透明なポリイミド樹脂フィルムからなり、そのポリイミド樹脂フィルムの一面（図では裏面）に、ＬＤアレイ、ＶＣＳＥＬアレイやＰＤアレイなどの光素子１１を半田固定するためのメタルパターンや電気配線パターン（図示せず）が設けられている。なお図ではフレキシブル電気配線基板１０の途中を上方に屈曲させた状態を示している。

１２は、複数（図では８本）のコア１３を有する厚さが０．３０ｍｍ程度のポリマ導波路で、コア１３にはフッ素化ポリイミド、エポキシ、ポリメチルメタクリレート等のポリマが用いられ、下部及び上部クラッド層１４には、コア１３の屈折率よりも屈折率の低いフッ素化ポリイミド、エポキシ、ポリメチルメタクリレート等のポリマが用いられる。

このポリマ導波路１２は、一端が外部コネクタと接続するための接合端面１５を有し、他端が、光素子１１と光学的に接続する接合端面１６を有し、これら接合端面１５，１６にコア１３の端面が臨むように設けられる。

ポリマ導波路１２は、フレキシブル電気配線基板１０の光素子１１が搭載される面１０ｂと反対側の面１０ａで、かつ光素子１１側の接合端面１６が、光素子１１の上方に臨む位置となるように電気配線基板１０に接着される。

このポリマ導波路１２の接合端面１６と光素子１１と反対側の面１０ａには、ポリマ導波路１２と光素子１１をフレキシブル電気配線基板１０を通して光学的に結合するための反射材２０が設けられる。

この反射材２０は、例えば、ポリマ導波路１２の接合端面１６に沿って、紫外線硬化樹脂などの接着剤を滴下して形成した反射面がメニスカス形状の曲面反射部材２０ａで構成する。

この際、曲面反射部材２０ａの反射面２１を所定の形状に形成するために、フレキシブル電気配線基板１０の面１０ａには、余剰の接着剤を除くためのメニスカス規制溝２２が、接合端面１６と所定の間隔Ｓをもって形成される。

以上において、図６に示すようにポリマ導波路１２のコア１３を伝搬した光信号は、接合端面１６から曲面反射部材２０ａに入射され、曲面反射部材２０ａの反射面２１で全反射されて図示の矢印のように光路が変換され、フレキシブル電気配線基板１０を通して光素子１１に入力される。

また逆に光素子１１からの光信号は、フレキシブル電気配線基板１０を通して曲面反射部材２０ａに入射され、反射面２１で全反射されてポリマ導波路１２のコア１３に入射される。

この場合、ポリマ導波路１２のコア１３は、例えば図示のように８本であれば、その内の４本を光素子１１（ＰＤアレイ）に入力する受信用とし、他の４本を光素子１１（ＬＤアレイ，ＶＣＳＥＬアレイ）から送信する送信用とすることで、光情報処理回路としての汎用性を向上することができる。

次に曲面反射部材２０ａを形成する際のメニスカス規制溝２２の機能を、図７により説明する。

上述したようにポリマ導波路１２は、厚さが０．３０ｍｍ程度であり、その接合端面１６に接着剤を滴下しても、その滴下量は僅かであり、滴下量を正確に制御することは困難であり、滴下量によってメニスカス形状が相違してしまう。

図７（ａ）〜（ｃ）は、ポリマ導波路１２の接合端面１６からメニスカス規制溝２２までの距離Ｓａ〜Ｓｃと変えたときに形成される曲面反射部材２０ａの反射面２１ａ〜２１ｃの形状を示したものである。

ここで、コア１３の光軸Ｏ13は、フレキシブル電気配線基板１０の面１０ａからｈａ（＝０．０７ｍｍ）、フレキシブル電気配線基板１０の厚みがｈｂ（＝０．２ｍｍ）である。また形成される曲面反射部材２０ａの形状は紫外線硬化樹脂の粘度によっても相違するが、ここでは曲面反射部材２０ａの底辺（Ｓａ〜Ｓｃ）と高さ（Ｈａ〜Ｈｃ）は同じとすると、コア１３の光軸Ｏ13が反射面２１ａ〜２１ｃと交差する点の接線ｌｎに対して垂直に法線ｌｎをとると、光軸Ｏ13を伝搬した光線は、法線ｌｎに対して対称に反射され、図７（ａ）のＳａ＝Ｈａ（＝０．１５ｍｍ）では、反射面２１ａから反射される角度θａが２５．５°、図７（ｂ）のＳｂ＝Ｈｂ（＝０．２０ｍｍ）では、反射面２１ｂから反射される角度θｂが８．９°、図７（ｃ）のＳｃ＝Ｈｃ（＝０．２４ｍｍ）では、反射面２１ｃから反射される角度θｃが０°となる。仮に反射面２１ａ〜２１ｂが４５°面で９０°に反射されたときとのズレＴａ〜Ｔｂは、Ｔａ＝０．１３ｍｍ、Ｔｂ＝０．０４ｍｍとなる。

この結果、図７（ｃ）がズレ量が少なく、接合端面１６からメニスカス規制溝２２までの距離Ｓは、コア１３の高さがｈ＝０．０７ｍｍのときには、０．２４ｍｍに設定するとよいことが分かる。

図７（ａ）は、光線がポリマ導波路１２のクラッド層を横切ってしまうので不適である。

図７（ｂ）は、光素子１１が受光素子の場合は適している。なぜなら、反射面からの反射光が斜めであっても、受光素子への入射光量は変化しないからである。 しかし、光素子１１が発光素子の場合（図は受光素子の場合を表す）は不適である。なぜなら、発光素子から発する光は発光面から垂直に出射しているので、反射面からの反射光が斜めにポリマ導波路に入射してしまい、結合損失が増大してしまうからである。

よって、図７（ｃ）は、光素子１１が発光素子の場合の必要条件となる。

また反射面２１ａ〜２１ｃには、アルミニウム等の金属薄膜を形成すると反射率を良くすることができる。

図８は、本発明の他の実施の形態を示したものである。

上述した実施の形態では、接合端面１５に接着剤を滴下し、その接着剤の表面張力で、その曲面反射部材２０ａの反射面２１の形状する例を示したが、本実施の形態では、フレキシブル電気配線基板１０の面１０ａ上に、反射材形成用型２４を、接合端面１６と接触するように配置し、その反射材形成用型２４に、反射面２１を成形するために４５°傾斜した傾斜面２４ａを形成し、面１０ａ上で、接合端面１５と傾斜面２４ａ間の空間に、紫外線硬化樹脂等を流し込み、その後紫外線を照射して硬化させて、反射部材２０ｂを形成するようにしたものである。

この図８の実施の形態では、反射材形成用型２４を用いて反射部材２０ｂを形成するため、より正確な反射面２１を形成できる。反射部材２０ｂはＵＶ光を透過する石英が望ましい。

本発明の一実施の形態を示す平面図である。 図１の正面図である。 図２の左側面図である。 図２の斜視図である。 図４を裏面側からみた斜視図である。 図２の要部拡大図である。 本発明において、曲面反射部材の反射を説明する図である。 本発明の他の実施の形態を示す要部拡大正面図である。

符号の説明

１０ フレキシブル電気配線基板
１０ａ 面
１１ 光素子
１２ ポリマ導波路
１５ 接合端面
２０ 反射材
２０ａ 曲面反射部材

Claims (6)

1. 光素子が実装された透明なフレキシブル電気配線基板の反対側の面に、先端が光素子の上方に臨むようにポリマ導波路を接着し、そのポリマ導波路の先端のフレキシブル電気配線基板上に、ポリマ導波路と光素子とを光学的に結合する反射材を形成したことを特徴とする光送受信器。
2. 反射材は、ポリマ導波路の先端のフレキシブル電気配線基板上に、そのポリマ導波路の先端に沿って接着剤を滴下して反射面がメニスカス形状の曲面反射部材で形成される請求項１に記載の光送受信器。
3. ポリマ導波路の先端側のフレキシブル電気配線基板上には、曲面反射部材の反射面形状を所定に形成するためのメニスカス規制溝が形成される請求項２に記載の光送受信器。
4. ポリマ導波路の先端側のフレキシブル電気配線基板上に、反射材形成用型を配置すると共にその反射材形成用型とポリマ導波路の先端間のフレキシブル電気配線基板上に樹脂を流し込んで反射材を形成する請求項１に記載の光送受信器。
5. ポリマ導波路は、複数のコアを有し、フレキシブル電気配線基板は、ポリイミド樹脂基板からなり、そのポリイミド樹脂基板の光素子が搭載される側には、光素子を半田固定するためのメタルパターンや電気配線パターンが形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の光送受信器。
6. 反射材の反射面には金属薄膜が形成される請求項１〜５のいずれかに記載の光送受信器。

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