JP2857222B2

JP2857222B2 - 光電子集積デバイス

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Publication number: JP2857222B2
Application number: JP2113964A
Authority: JP
Inventors: 禎二内田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1999-02-17
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: JPH0411206A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は光回路基板に使用する光電子集積デバイスに
関するものである。

（従来の技術及びその問題点）光エレクトロニクスの発展と共に光部品の実装技術が
問題になってきている。即ち、光エレクトロニクス製品
の複雑化，集積化に伴ない、光回路の組立工程数が急激
に増加してきた。

光ファイバーや分布屈折率レンズを中心に種々の光部
品を集積一体化した微小光学（マイクロオプティック）
素子が知られており、現在実用化されている光ファイバ
ー伝送システムにおける受動部品の中核をなしている。
こうした微小光学素子は特性的には安定化しているが、
光学部品相互の接続にあたって微細な光軸調整を必要と
するばかりでなく、光学部品の固定に必要な作業時間、
この固定に必要な接着材の固化時間が長くなり、しかも
各光部品の組立工程数が多い。このため、個別光部品を
組み合わせた微小光学素子は、製造面、価格面から既に
限界にきている。

従って、能動、受動の個別部品の簡易な後付けを考慮
した光プリント板等の光部品実装技術の研究進展が強く
望まれる。

（発明が解決しようとする課題）本発明の課題は、受光素子、発光素子、電気部品、集
束型ロッドレンズ等の個別部品を基板に逐一固定して光
軸わせを行う必要がなく、SMT入力端子類似の光部品実
装技術に好適な光電子集積デバイスを提供することであ
る。

（課題を解決するための手段）本発明は、光導波路と電気配線とを備えている基板の
主面上に実装されるべき、光通信用の光電子集積デバイ
スであって、光導波路の端面が主面に露出しており、光電子集積デ
バイスを基板に実装するときに光電子集積デバイスの底
面が基板の主面上に設置されて、光電子集積デバイス
が、電気回路部品と、この電気回路部品に対して接続さ
れ、光導波路を伝搬する光信号と電気配線を伝搬する電
気信号との間の変換を行う信号変換器と、電気回路部品
に対して電気的に接続されており、かつ基板上の電気配
線に対して接続されている電気端子と、底面に設けられ
ており、かつ主面に露出している光導波路の端面に対し
て密着して光学的に端面結合される光端子と、光端子に
対して相対的に位置が固定されたガイド手段とを備えて
おり、ガイド手段が底面から突出するガイド用突起また
は底面から凹んでいるガイド孔であることを特徴とす
る。

「光端子」とは、光入力端子及び／又は光出力端子の
ことをいう。

（実施例）第１図（Ａ），（Ｂ）は平板状透明誘導体であるガラ
ス基板10に光電子集積デバイス50を実装する状態を示す
斜視図、第２図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は第１図
（Ａ），（Ｂ）の要部拡大断面図、第３図は第２図
（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

ガラス基板10の内部には計４列の光導波路12が形成さ
れ、この光導波路12は直線状部12a、曲折部12b及び末端
部12cからなる。直線状部12aの端面はガラス板10の端面
に露出し、光コネクター33へと接続される。この光コネ
クター33は、図示しない他の機器や光回路へと嵌合固定
される。末端部12cはガラス基板10の主面30,31に対して
垂直となるように形成され、末端部12cの端面14が主面3
0に露出する。主面30に露出した一対の端面14に対して
所定角度、例えば90度の角度をもって一対のガイド孔11
が形成される。

ガラス基板10の主面30上には、直接に、あるいは図示
しないバッファ層を介し、所定の電気プリント配線が施
され、電気コネクター34へと接続されている。基板上に
電気プリント配線を施す技術自体は周知であるので、そ
の説明は省略する。

このガラス基板10上にリング状ゴムクッション８を介
して光電子集積デバイスを実装する。具体的には、この
デバイス50の下部のリング状フランジ部に、２本のガイ
ドピン９と６個の電気入出力端子15を設け、一対のガイ
ドピン９をそれぞれ対応するガイド孔11へと嵌め込んで
固定し、かつ端子15を電気プリント配線へと接続する。
光導波路12の端面14は、セルフォックレンズ5,7の端面
と密着し、端面結合され、セルフォックレンズ５が光入
力端子として機能し、セルフォックレンズ７が光出力端
子として機能する。なおセルフォックレンズ5,7の端面
は一対のガイドピン９に対して相対的に位置固定、位置
決めされている。光電子集積デバイス50の素子収容部１
中には一対のセルフォックレンズ5,7、信号変換器とし
て受光素子４、発光素子６及び電気回路部品３が収容、
固定されている。セルフォックレンズ５と受光素子４、
セルフォックレンズ７と発光素子６とは光軸合わせされ
ている。

セルフォックマイクロレンズ5,7の端面と光導波路端
面14の端面結合部分の構造は第２図（Ｂ）と第２図
（Ｃ）の構造でもよい。第２図（Ｂ）は、光電子集積デ
バイス50のフランジ部２にセルフォックレンズ5,7を固
定する構造であり、この場合、光導波路末端部12cの一
部を主面30から突出させなくてもよい。この場合、セル
フォックレンズ5,7は、フランジ部２より若干、突出た
構造となるため、セルフォックレンズ5,7の周りにレン
ズの欠け等を防ぐ目的で、金属製リング等をセルフォッ
クレンズ5,7の外周に取り付けてもよい。

第２図（Ｃ）は、光電子集積デバイス50の収納部１に
セルフォックレンズ5,7をレンズ端面が収納部１の底面
と同一面となるように固定した構造である。この場合、
セルフォックレンズ5,7の端面を含む収納部１の底部全
体がフランジ部２より若干突出た構造となる。

次いでこの光表面実装回路の動作について述べる。ま
ず、矢印Ｂのように光導波路12内を通過する光は、曲折
部12bに沿って曲がり、ガラス基板10の主面30から垂直
方向に射出し、セルフォックレンズ５を通って受光素子
４により受光され、ここで電気信号へと一旦変換され
る。一方、電気入出力端子15を通して電気回路部品３に
所定の電気信号を送って電気回路部品３を動作させ、受
光素子４から入力された電気信号に所望の処理を施す。
この電気的処理自体は、公知の処理方法に従って行えば
よく、種々の変形が考えられる。例を示すと、端子15か
ら加えられる電気信号に従って、受光素子４から入力さ
れた電気信号の強度、位相、波長等を変化させる変調処
理を行ったり、受光素子からの電気信号にパルス波を重
畳して断続的に強度を変化させる変調処理を行ったり、
受光素子からの電気信号自体には手を加えず、この電気
信号を外部に抽き出してモニタリングを行ったりするこ
とが考えられる。こうした電気回路部品自体は周知であ
るので、その内部構成自体については詳説しない。

次いで、所望の電気処理を終えた電気信号を半導体レ
ーザー等からなる発光素子６へと送り、所望の光強度、
位相、波長、波形を有する光信号へと変換し、この光信
号をセルフォックレンズ７で集束し、末端部12cへと入
射させ、矢印Ｃのように光導波路12内を伝播させる。

本実施例においては光電子集積デバイス50の構成自体
に特徴がある。

即ち、このデバイス50の内部は、入出力端子として作
用するセルフォックレンズ5,7、受光素子４、発光素子
６及び電気回路部品３内蔵されており、これらの各個別
部品が予め固定され、光軸わせが行われている。このよ
うにデバイスの段階で個別の微小光学素子及び電気回路
部品を予め組み込んでおくことで、実装の段階で形状、
規格、寸法の異なる個別の微小光学部品、電気回路部品
を基板上に逐一固定し、光軸合わせを行う必要がなくな
るので、光回路の量産が容易となる。

また、本実施例で述べた光表面実装回路によれば、光
導波路12内を伝播してきた光が端面14から基板主面30に
対して垂直方向に射出するので、主面30上に直接、ある
いは所定のバッファ層を介して光電子集積デバイスを実
装して上記の射出光に所望の処理を施すことができる。
また、同様に、主面30上に実装した光電子集積デバイス
からの射出光を端面14から光導波路12内へと入射させる
こともできる。従って、ガラス基板10の主面30（場合に
よっては主面31）上に光電子集積デバイスを載せ、固定
するだけで所望の回路を製造できるので、光回路の製
作、実装、設計、設計変更が容易である。

また、ガラス基板10に一対のガイド孔11を形成し、こ
のガイド孔11に一対のガイドピン９を嵌合させることで
光電子集積デバイス50の実装を行い、この光入出力端子
及び電気端子をガラス基板10の光導波路12及び電気プリ
ント配線へと接続させている。従って、従来の微小光学
デバイスとは異なり、ガイドピン９、ガイド孔11の嵌合
により自動的に位置合わせがなされるため、従来のよう
な個別光部品間の光軸調製は不要であり、大幅な工程数
削減がなされる。従って、この光表面実装回路技術の採
用によって複雑な光回路の量産が可能となり、更に光回
路の実装設計や設計変更が非常に容易になる。

ガイドピン９としては円柱状の金属スタッドが好まし
く、またガイド孔11はガラス基板10を貫通している必要
はない。なお、ガイドピン、ガイド孔の個数、形状、位
置等も変更できる。更に、ガラス基板10側にガイドピン
を設け、光電子集積デバイス50側にガイド孔を設け、こ
れらのガイドピンとガイド孔とを互いに嵌合させてデバ
イスの実装を行ってもよい。

ガイドピン９、ガイド孔11による実装精度について
は、光の波長、デバイスの目的によって異なってくる。
最近の光通信においては、広帯域電送のために単一モー
ドファイバーを光導波路として使用するのが普通になっ
ている。現在の標準的単一モードファイバーのコアー径
は約10μｍであり、クラッド径は約125μｍである。こ
のため、光源である半導体レーザーを始めとする各種の
光デバイスは、それぞれの光軸を約１μｍ程度の精度で
合わせる必要がある。従って、この領域で適用するため
には、ガイドピン９、ガイド孔11による位置合わせには
１μｍ程度の精度が必要であり、ガイドピンの外径は例
えば1mm程度のオーダーとしてよい。

第４図は第３図の他の例を、第５図（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）は第２図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の他の例の要部
拡大部を、第６図は本発明外の参考例の光表面実装回路
を示す。

第４図の回路においては、ガラス基板10の内部に計４
列の光導波路12を形成し、各光導波路12の主面30側への
露出端面を光電子集積デバイス中の受光素子又は発光素
子へと接続し、スイッチングを行う。例えば、第４図に
おいて左側の一対の光導波路12を受光素子（入力側）へ
と接続し、右側の一対の光導波路12を発光素子（出力
側）へと接続すると、電気回路部品における発光素子と
受光素子との電気的接続関係を切り換えることにより、
光導波路間のスイッチングを行うことが可能である。

第５図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の例においては、光電
子集積デバイス60の入力側を省略し、出力側のみをデバ
イス内に内蔵してある。従って、電気回路部品３内へと
所望の電気信号を送って制御し、電気回路部品３からの
電気信号によって発光素子６を駆動し、セルフォックレ
ンズ７、光導波路12を通して所望の波形、波長、位相、
強度を有する光信号を供給する。むろん、第５図
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の例とは逆に、受光素子側のみ
を内蔵する光電子集積デバイスを用い、光回路を通して
伝送されてきた光信号を受光素子で検出し、電気信号に
変えて外部へと取り出すこともできる。

第６図の参考例においては、ガラス基板10の主面に光
導波路の端面を露出させる代わりに、光導波路をガラス
基板10内部で二分し、各光導波路82の端面82aを基板内
部で対向させている。

光電子集積デバイス80内には電気回路部品３、発光素
子４、受光素子６が内蔵され、かつセルフォックレンズ
85,87の上側部分が内蔵されている。ガラス基板10に
は、セルフォックレンズ挿入用の一対の孔81が形成さ
れ、セルフォックレンズ85,87の下側部分はフランジ
２、ゴムクッション８の下へと露出しており、この露出
部分を孔81中へと挿入、固定し、光電子集積デバイス80
を主面30上に実装する。セルフォックレンズ85,87の最
下端は光導波路82の端面82aと端面結合する。第６図に
おいて光導波路82内を矢印Ｂのように伝播してきた光
は、ミラー部85aで反射して図面において上方向へと向
かい、セルフォックレンズ85で集束されて受光素子４へ
と入射する。同様に、発光素子６より射出した光はセル
フォックレンズ87内を通り、ミラー部87aで反射されて
図面において右方向へと向かい、光導波路82内を矢印Ｃ
のように伝播する。この光電子集積デバイス80の他の構
成は第１図（Ａ），（Ｂ）のものと同様である。

また、上述した第１図（Ａ），（Ｂ）〜第５図
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の各実施例において、ガイドピ
ン９のピン頭部にネジを形成し、このネジ部分を主面31
側から突出させ、ナット等のネジ締め用部品を主面31側
からガイドピン９の頭部へと螺合させ、これによりデバ
イス50（又は60）をガラス基板10へと押しつけることが
できる。

第１図（Ａ），（Ｂ）〜第５図においてゴムクッショ
ン８をゴムの代りに樹脂等で形成してもよい。

さらに、ガラス基板10の主面30上の電気配線と光電子
集積デバイス50中の電気配線との結合は以下のようにし
てもよい。

第７図は、その場合の光電子集積デバイス50とガラス
基板10との結合部分の要部拡大断面図、第８図は第７図
のＡ−Ａ線断面図である。この構造では６個の電気入出
力端子15は光電子集積デバイス50の外へ引出された後、
ガラス基板10の主面30上の電気プリント配線に接続され
る。また、収納部１に配置された電気入出力端子15は受
光素子４、発光素子６或いは電気回路部品３に接続され
る。

（発明の効果）本発明に係る光電子集積デバイスによれば、少なくと
も電気回路部品と信号変換器とを有し、光端子を信号変
換器に対して光軸合わせしておいて光端子を光導波路端
面に光学的に結合させ、かつ電気回路部品と基板上の電
気配線とを接続するので、従来のように実装の段階で形
状、規格、寸法の異なる個別の微小光学部品、電気回路
部品を基板上に逐一固定し、基板上で光軸合わせを行う
必要がなくなるので、光電子変換プロセスを行う光電子
回路の量産、設計、設計変更が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ光電子集積デバイスの
実装状態を示す斜視図で、第１図（Ａ）は主面30を切削
して端面14を突出した例を示す図、第１図（Ｂ）は主面
30を切削せず端面14を露出させた例を示す図、第２図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ第１図
（Ａ），（Ｂ）の要部断面図、第３図は第２図（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、第４図はスイッチング用デバイスの実装状態を示す要部
断面図、第５図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ他の光電子集
積デバイスの実装状態を示す要部断面図で、第５図
（Ａ）は端面14を主面30から突出した例を示す図、第５
図（Ｂ）はフランジ部２にセルフォックレンズ5,7を固
定させた例を示す図、第５図（Ｃ）は収納部１にセルフ
ォックレンズ5,7をレンズ端面が収納部１の底部と同一
面となるように固定した例を示す図、第６図は、本発明外の参考例のデバイスの実装状態の例
を示す断面図であり、第７図、第８図は、本発明内の実
施例のデバイスの実装状態の例を示す断面図およびその
Ａ−Ａ線断面図である。１……収容部、２……フランジ部３……電気回路部品、４……受光素子 5,7,85,87……セルフォックレンズ６……発光素子、９……ガイドピン 10……ガラス基板、11……ガイド孔 12,82……光導波路、12a……直線状部 12b……曲折部、12c……末端部 14……端面、15……電気入出力端子 30,31……主面、33……光コネクター 34……電気コネクター 50,60,80……光電子集積デバイス

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 6/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路と電気配線とを備えている基板の
主面上に実装されるべき、光通信用の光電子集積デバイ
スであって、前記光導波路の端面が前記主面に露出しており、前記光
電子集積デバイスを前記基板に実装するときに前記光電
子集積デバイスの底面が前記基板の前記主面上に設置さ
れ、前記光電子集積デバイスが、電気回路部品と、この
電気回路部品に対して接続され、前記光導波路を伝搬す
る光信号と前記電気配線を伝搬する電気信号との間の変
換を行う信号変換器と、前記電気回路部品に対して電気
的に接続され、かつ前記基板上の前記電気配線に対して
接続されている電気端子と、前記底面に設けられてお
り、かつ前記主面に露出している前記光導波路の端面に
対して密着して光学的に端面結合される光端子と、前記
光端子に対して相対的に位置が固定されたガイド手段と
を備えており、前記ガイド手段が前記底面から突出する
ガイド用突起または前記底面から凹んでいるガイド孔で
あることを特徴とする、光電子集積デバイス。