JP2801329B2 - 光ファイバーアレーを製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ファイバーの光学アレーを製造する方法、
詳細には、増加したパッキング密度（packing densit
y）を有するアレーを製造する方法に関する。

従来技術においては、感光性記録媒体に情報を記録す
るために使用されるプリントヘッドに光ファイバーのア
レーを使用することは公知である。該ファイバーは、前
記記録媒体の移動の方向に対し直交する方向に延びる直
線アレー内にそれの出力端を配置し、発光ダイオード又
はダイオードレーザーのような光源を前記光ファイバー
の入力端に連結可能である。各ファイバーの中の光は所
望の画像を発生するために情報信号に従い調節される。
合焦手段が各ファイバーの前に使用可能で、記録媒体上
の一点に光を合焦させる。光ファイバーのアレーにとっ
て、出力画像を発生するに必要なデータバッファの量を
制限するために、高いパッキング密度、つまりアレーの
ユニット幅あたりのファイバーの高い数を有することが
望ましい。しかしながら、より薄いファイバーにおいて
パッキング密度を増加させることには問題がある。ファ
イバーが薄く製造されるほど、取り扱い及びファイバー
の整合が困難になり、より薄いファイバーは組立て工程
で破壊され易い。

米国特許第4,389,655号明細書においては、記録ヘッ
ドが光ファイバーの直線アレーを含む、非接触式記録用
の光学装置が示されている。前記記録ヘッドは複数の溝
を内部に有する調節プレートを備え、光ファイバーが前
記溝のそれぞれに固定されている。この発明の１実施例
においては、前記ファイバーは前記アレーの出力端に向
かって収束する溝内に配列され、前記ファイバーの出力
端に近接している。他の実施例においては、１列のファ
イバーが他の列の上方に配置され、頂部列にあるファイ
バーが底部列にあるファイバーに対し相対的にずれてい
る。しかしながらこれら両方の実施例においては、ファ
イバーのパッキング密度はその出力端におけるファイバ
ーの比較的大きな直径により制限されている。

本発明の視点によれば、基材内に複数の溝を形成し、
該溝が前記基材の第１端へと延びるようにする段階と、
複数の光ファイバーの一端からクラッドの部分を除去し
て、該ファイバーの他端におけるクラッドの外側寸法に
対し相対的に外側寸法が縮小したクラッドを有するファ
イバーを形成する段階と、すべてのファイバーがほぼ同
一の方向に延びるように溝内のファイバーを配置して、
縮小した寸法を有するファイバーの端が前記基材の第１
端に隣接して溝内に配置されるようにする段階と、前記
ファイバーを溝内に糊着させる段階と、を備えてなる光
ファイバーのアレーを製造する方法が提供されている。

本発明の１実施例においては、近接して隔置されたＶ
字形の溝がシリコン基材にエッチングされて、ファイバ
ーのクラッドを受領するように使用されている。該溝
は、ファイバーのジャケットを受領するのに使用され、
ほぼ断面は矩形であるが、前記基材の一端に形成されて
いる。光ファイバーのジャケットはファイバーから一定
の長さ除去され、前記ファイバーの端は端部の直径を縮
小するためにエッチングされる。次に光ファイバーは前
記溝内にそれぞれ挿入されて、ファイバーの直線アレー
を形成する。接着剤がファイバーを溝内に固定するため
に使用される。

本発明の基本的な利点は、クラッドがその一端でエッ
チングによりかなり縮小されているファイバーを使用す
るため、その結果として非常に高いパッキング密度を得
られることである。該アレーは高いパッキング密度を有
するけれども、隣接するファイバーの間で光がつながる
ことはない。ファイバーの一端だけがエッチングされて
いるため、ファイバーの強度と剛性とは維持され、ファ
イバーは破壊されることなく、本発明の方法によりアレ
ー内に組立てられる。近接して隔置され、独立にアドレ
ス可能なファイバーからの出力は、回析を制限した性能
を有して、１本の光の軌跡を経て受領媒体へ画像を形成
することが可能である。

本発明の実施例は添附の図面を参照して、事例の方法
でここに説明される。

第１図は、本発明の方法により製造された光ファイバ
ーのアレーの見取図、 第２図は、溝内の光ファイバーの配置と溝の間隔を示
したアレーの一端の拡大正面図、 第３図は、本発明により製造された他の基材の平面
図、 第４図は、エッチングのために準備されたファイバー
の図、 第５図はエッチングの後のファイバーの図、 第6A図及び6B図は、第３図のそれぞれ6A−6A、6B−6B
の線に沿った断面図、 第7A図ないし第7C図は、本発明のアレーにより達成可
能な様々なプリントフォーマットを示す図式図、 第８図は、光ファイバーのエッチング特性を示すグラ
フ、 第１図を参照すると、本発明に従い製造された光ファ
イバーのアレー10が示されている。光ファイバーアレー
10は基材16上に支持された３本の光ファイバーからな
る。ファイバー12のそれぞれは光ファイバーコネクタ18
により他の光ファイバー20へ連結されている。光ファイ
バーコネクタ18は、1988年２月９日付、光ファイバーコ
ネクタという名称の米国特許第4,723,830号明細書に示
されたタイプのものである。各光ファイバー20はダイオ
ードレーザー又は発光ダイオードのような光源22に連結
されている。アレー10内の各光源22は公知の方法により
情報信号により調節可能である。アレー10は、光導電素
子又は写真フィルムのような感光媒体（図示されていな
い）上に情報を記録するために使用可能である。アレー
10は又、対象物から反射された光が光ファイバーを通っ
て感光素子へ伝達される光学スキャナとしても使用可能
である。

第４図及び第５図に示されているように、各光ファイ
バー12はジャケット30、クラッド32及びコア34を含む。
ジャケット30はクラッド32を露出するためにファイバー
12の一端31から除去され、そしてクラッド部分33（第５
図）において、部分33が相互に相対的により接近して隔
置されるように、クラッドの直径は縮小される。テーパ
したクラッド部分36が部分33の一端に形成される。本発
明における使用に適したファイバーは、コーニングガラ
ス社により製造された特別のシングルモードファイバ
ー、ファイバー番号56704121,KH1である。このファイバ
ーはコア34内にゲルマニウムをドーピングしたシリカか
らなる。ジャケット30は直径250μｍであり、クラッド3
2は直径125μｍであり、コア34は直径４μｍである。マ
ルチモードファイバーを含んで、その他のファイバーも
本発明に使用可能である。

第１図に示されているように、ファイバー12は、ファ
イバーのジャケット30を支持するアレー10の一端15から
アレーの他端17まで延びており、ファイバー12は端17に
おいて最も近接している。ファイバー12は、第３図に示
されているように、基材16内に形成された溝28a及び28b
のセット内に取り付けられている。溝28a及び28bのセッ
トはほぼ整合し、各セット内の溝はほぼ平行である。

第２図に示されているように、ガラスプレート21が溝
28b内のファイバー12を覆って延び、同様のプレート
（図示されていない）が溝28a内のファイバー12のジャ
ケット30を覆って延びている。これらガラスプレート
は、後述するようにアレー10の製造に非常に本質的なも
のである。本発明の構成部分を明確に示すために、ガラ
スプレート21は第１図では省略されている。第２図に示
されているように、エポキシ23が、ファイバー12を溝内
に固定しており、またプレート21、基材16及びファイバ
ー12の間の空間を充填している。

溝28aはファイバー12のジャケット30を受領する寸法
である。溝28bは縮小した直径のクラッドの部分33を受
領するために採用されている。第6A図及び第6B図に示さ
れているように、溝28aと28bのピッチｐは溝の幅Ｗとラ
ンド25a及び25bの幅Ｓとを含む。溝28a及び28bの寸法は
アレー10内に使用されるファイバーの寸法及びタイプに
依存している。例えば、コーニングガラス社から入手可
能な上述のタイプのシングルモードファイバーに対して
は、溝28aのピッチｐはおよそ275μｍであり、溝28bの
溝のピッチｐはおよそ20μｍであり、ランド25aの幅Ｓ
はおよそ25μｍ、ランド25bの幅Ｓはおよそ４μｍであ
る。

第２図を参照すると、アレー16の端17が溝28bにある
ファイバー12の部分33と共に示されている。溝28b及び
ファイバー12の部分33の寸法は第２図に表示され、ここ
ではＷが溝28bの最大幅であり、βが溝28fの角度の半分
であり、Ｓがランド25bの幅であり、Ｐがチャネル分
離、つまり溝28bの底部27bにおける溝の間の間隔であ
る。Ｄはファイバー12のクラッド部分33の直径である。
部分33の様々な直径Ｄに対する寸法Ｗ、Ｓ及びＰが表Ｉ
に示されている。シリコン内にエッチングされた溝に対
する角度βはおよそ35度である。しかしながら、異る角
度の溝も使用可能である。

表 Ｉ Ｄ（μｍ） Ｗ（μｍ） Ｓ（μｍ） Ｐ（μｍ） 10 12 ４ 16 20 24 ４ 28 30 36 ４ 40 40 49 ４ 53 50 61 ４ 65 110 146 ４ 150 第４図においては、エッチングステップの準備のため
にジャケット30が部分的に除去されたファイバー12を示
している。ファイバー12はフッ化水素酸（HF）でエッチ
ングされ、クラッド32の直径を125μｍから10μｍの直
径まで縮小する。第８図においては、エッチング特性の
プロットが室温で示されている。名目エッチング率は1.
00μm/分である。部分33の直径は隣接するファイバーの
間の光の結合（混入）がない程度に充分大きくしなけれ
ばならない。最良の結果を得るために、部分33における
クラッドの直径は少なくとも10μｍはなければならな
い。

エッチング後のファイバー12は第５図に示されてい
る。エッチング工程の間、ファイバー12の端はフッ化水
素酸の中に置かれ、毛細管作用の結果、テーパした部分
36がフッ化水素酸の上部に形成される。テーパした部分
36は、そこにクラッド32から縮小した直径のクラッドの
部分33へ急激な変化がある場合と比較して、ファイバー
12が大きい曲げ強さを有する、という有利な効果のある
ことが判明している。ファイバー12のコア34はクラッド
34よりも早くエッチングされ、その結果、くぼんだ先端
（図示されていない）がコア34上に形成され、これは工
程の後の段階で研磨されなければならない。

基材16はフォトリソグラフ手段によりシリコンウエハ
ー（図示されていない）から形成されることが好まし
い。適当なマスク（図示されていない）がウエハー上の
複数の基材用の溝28bを形成するために使用される。該
ウエハーは、アセトン及び脱イオン水を使用してエッチ
ングの前と後とに清掃され、次に該ウエハーは窒素で吹
き付け乾燥される。エッチング薬品は、浴槽温度62℃
の、水酸化カリウム（KOH）溶液である。これによりエ
ッチング速度は溝深さでおよそ0.29μm/分である。基材
の端15における溝28aは最後に形成され、それらはダイ
ヤモンドを埋め込んだ鋸ブレードで形成される。溝28a
はファイバー12のジャケット30を受領るために使用され
る。図示されている事例においては、溝28aは、第6A図
に示されているように、断面はほぼ矩形であり、幅Ｗは
およそ275μｍ、深さｄはおよそ60ないし150μｍ、ラン
ド25aの幅Ｓはおよそ25μｍである。

光ファイバーアレーを組立てる場合、ファイバー12の
ジャケット12は最初にアレー10の端15において溝28aに
接着される。第１段階で、ファイバー12のジャケット30
はホルダ（図示されていない）に整合し、整合したファ
イバーが次に基材16上の溝28aに配置される。ガラスプ
レート、例えば第２図に示されているようなプレート21
が溝28aにあるジャケット30を覆って配置される。前記
ガラスプレートは厚さおよそ150μｍで、溝28aで覆って
延びる寸法でなければならない。ガラスプレートはマイ
クロポジショナーにより適所に保持されるが、これは例
えばラッカー＆コルスから入手可能なモデル221マイク
ロポジショナーである。紫外線硬化エポキシがガラスプ
レートと基材16との間に導入され、該エポキシは毛細管
作用によりファイバー12のジャケット30の周囲の溝28a
内へ流れ込む。該エポキシは紫外線により硬化する。次
にファイバー12の部分33が緩められて溝28b内に入れら
れ、ジャケット30に対する説明にあるように、部分33が
紫外線硬化エポキシとガラスプレートとにより適所に糊
着される。つまり、ガラスプレートは部分33と溝28bの
上に直接配置され、該プレートがマイクロポジショナー
により適所に保持され、紫外線硬化エポキシが毛細管作
用により溝内のファイバー12の周囲に導かれる。ファイ
バー12が適所に固定されると、アレーの切子面19がダイ
シングソー（dicing saw）により除去され、該切子面が
研磨される。

本発明の重要な要素はファイバーを基材へ糊着させる
接着剤である。該接着剤はファイバーの間の伝達ロスと
光の混入とを最小限にするために、毛細管作用を良く生
ずるように粘性の低いもので、クラッドの屈折率よりも
低い屈折率を有するものでなければならない。接着剤が
硬化した後に、ミクロの曲げ損失を最少化するために、
該ファイバーの応力は低くなければならず、接着剤は研
磨した面が高品質を保証するように適当な固さを有して
いなければならない。適当な接着剤の１つは、ノーラン
ド社から入手可能な接着剤ノーランド61である。しかし
ながら、好ましい接着剤はアメリカン・ケミカル＆エン
ジニアリング社、トリントンCTの部門である、ダイマッ
クス・エンジニアリング・アドヘシブから入手可能なラ
ンデク紫外線接着剤、カタログ番号177 6921である。

本発明の図解された事例においては、アレー10は、コ
アの直径およそ４μｍ、クラッドの直径および125μｍ
の、シングルモードファイバーから形成された。ファイ
バー12は第１図に示されているように基材16上に取り付
けられた。こうして形成されたアレーがテーパ／パッキ
ングロス、クロストーク（光の混入）、及び出力ビーム
品質について評価された。テーパ／パッキングロスはフ
ァイバーのテーパ、エッチングされたクラッドへ、パッ
キング応力のせいで生ずる放射ロスと、自由かつ通常の
シングルモードファイバーからのこれらの要求のために
生ずるパッキング応力のせいで生ずるロスと、を比較し
たものを表示する。光の場の伝達特性は本発明のアレー
の形成においてエッチング及びパッキングのせいでは殆
ど変化がなく、こうしてファイバーの効果においてはア
レー内で特別のロスなしにパッキング密度の実質的増加
が達成されたことが判明した。

特定の応用例の必要に適合するために、ファイバー12
の間隔の変更が可能であることは明白である。アレー
（図示されていない）は記録媒体の全長にわたり延びる
ことが可能であり、又は記録ヘッド（図示されていな
い）は並んだ状態又は平行な列に配置された複数のアレ
ーを含むことも可能である。アレー10は又、第7a図ない
し第7c図に示されているように、様々なプリントフォー
マットを生産するためにも使用可能である。第7a図にお
いては、アレー10のファイバー12は線状走査方向に３つ
のスポットを生産するように配置され、各スポットは数
個のピクセルにより分離されている。第7b図において
は、該スポットは数本のラインにより分離されてページ
走査方向に整合し、第7c図においては、該スポットは対
角線上に整合し、様々な間隔により分離されている。第
7a図においてはスポットは数個のピクセルにより分離さ
れているため、従来技術で公知のように、出力装置はデ
ータバッファ手段を情報処理エレクトロニクス内に含む
であろう。第7a図の構成は、例えば各スポットが基本色
の１つを表示する色彩記録装置に使用可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コーケイネン，ジョセフ・ヨークス アメリカ合衆国ニューヨーク州14612, ロチェスター市リンコート・パーク 41 (56)参考文献 特開 昭63−147109（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−70505（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−39805（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−137308（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−108833（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバーのアレーを製造する方法であ
   って、 基材内に複数の溝を形成し、前記溝が前記基材の第１端
   へと延びるようになす段階と、 複数の光ファイバーの一端からクラッドの部分を除去し
   て、前記一端のクラッドの外径が、前記ファイバーの他
   端におけるクラッドの外径に比較して縮小した外径を有
   するようになす段階であって、前記クラッドはフッ化水
   素酸により前記ファイバーをエッチングすることにより
   除去され、前記ファイバーの端がエッチング工程の間に
   フッ化水素酸内に浸され、前記酸の上部に露出したファ
   イバーの部分が毛細管作用により前記酸にさらされ、そ
   れによりテーパ形状となったクラッドの部分を前記ファ
   イバーの両端の間に形成する段階、 前記ファイバーを前記溝内に、すべてのファイバーがほ
   ぼ同一方向に延びるように配置し、前記ファイバーの前
   記端が縮小した直径を有して、前記基材の前記第１端に
   隣接して溝内に配置されるようになす段階と、 前記ファイバーを前記溝内に糊着する段階と、 を備えてなる光ファイバーのアレーを製造する方法。