JP4413898B2 - 光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、光デバイスおよび光デバイスの製造方法に関し、特に少なくとも多心光ファイバと光素子アレイおよび基板を備える光デバイスに関する。

多心光ファイバと光素子アレイを備える光デバイスが提案されている。この光素子アレイは、基板に搭載されており、多心光ファイバの各光ファイバは、基板に形成されているＶ溝に沿ってそれぞれ位置決めされている。各光ファイバの端面は光素子アレイの光素子に対応してそれぞれ配置されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第２９８４７４７号公報

ところで、特許文献１に開示されている光デバイスの基板は、ホルダーとしてのフェルールに対して接着剤を用いて固定される。この場合には、フェルールの内面と基板の端部との間に接着剤を満たして固定するが、フェルールに塗布した接着剤が光素子アレイに付着することを確実に防がないと、例えば光素子アレイの発光端部に接着剤が付着すると光学特性が変化してしまい、また接着剤と光素子アレイの熱膨張係数の違いにより信頼性に悪影響を与えてしまい光デバイスは不良品となってしまうことから、光デバイスを製造する際の歩留まりが低下してしまう。

そこで、本発明は上記課題を解消するために、光素子アレイに接着剤が付着するのを防いで、光デバイスを製造する際の歩留まりを向上できる光デバイスを提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明の光デバイスは、複数の光ファイバからなる多心光ファイバと、複数の光素子をアレイ状に配置した光素子アレイと、前記光素子アレイを搭載している搭載面を有しており、前記搭載面には、前記多心光ファイバの各前記光ファイバの端面を前記各光素子に対応するように位置決めして前記多心光ファイバの各光ファイバの端面と前記各光素子とを光結合するための複数本のＶ溝が形成され、前記複数本のＶ溝に前記複数の光ファイバの端部が固定された基板と、前記基板を配置する開口部を有し、前記開口部内に前記基板を配置した状態で前記基板が接着剤により固定されるフェルールと、を備え、前記フェルールは、前記複数の光ファイバを通し該複数の光ファイバが接着剤により固定される貫通穴を有する中央部と、該中央部から延びる左右の第１端部および第２端部とを備え、前記中央部、第１端部および第２端部により前記開口部が形成されており、前記第１端部および第２端部の各内壁面と該各内壁面にそれぞれ対向する前記基板の両側面との間に、前記接着剤を配置するための左右の第１隙間部分と、前記第１隙間部分の幅よりも大きい幅を有して前記第１隙間部分から前記光素子アレイ側への前記接着剤の毛細管現象による侵入を阻止するための左右の第２隙間部分とが形成されており、前記第１隙間部分は前記第２隙間部分よりも前記貫通穴に近い位置にあり、かつ、前記第２隙間部分は前記各光素子と前記複数の光ファイバの各端面との間の空間に臨む位置にあることを特徴とする。
本発明の光デバイスでは、前記基板には、前記多心光ファイバの各光ファイバの端面の位置決めをするための壁面を有するスリットが形成されていることを特徴とする。
本発明の光デバイスでは、蓋部材が、前記基板の前記搭載面に対して接着剤を用いて固定され、前記蓋部材の内面には、前記基板の前記Ｖ溝に対応する位置に蓋部材Ｖ溝が形成されており、前記多心光ファイバの前記各光ファイバは前記基板の前記Ｖ溝と前記蓋部材Ｖ溝内に収容されて固定されていることを特徴とする。
本発明の光デバイスでは、前記多心光ファイバの前記各光ファイバは前記基板の前記Ｖ溝と前記蓋部材Ｖ溝内において固定ポイントにおいて３点支持により固定されていることを特徴とする。
本発明の光デバイスでは、前記開口部の前記フェルールの中央部と対向する側は開放していることを特徴とする。
本発明の光デバイスでは、前記フェルールと前記基板の接着部は連続しており、接着剤の浸透により固定されることを特徴とする。
本発明の光デバイスでは、前記第２隙間部分の幅が０．１２５ｍｍ以上であることを特徴とする。
本発明の光デバイスでは、前記光素子アレイの複数の前記光素子は、発光素子であることを特徴とする。

本発明の光デバイスは、好ましくは前記光素子アレイの複数の前記光素子は、発光素子であることを特徴とする。

本発明の光デバイスによれば、光素子アレイに接着剤が付着するのを防いで、光デバイスを製造する際の歩留まりを向上できる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の光デバイスの好ましい実施形態を示す図である。

図１に示す光デバイス１は、少なくとも多心光ファイバと光素子アレイと基板を備え、例えば光通信に用いられる光素子アレイおよび多心光ファイバを実装した実装装置である。 図１に示す光デバイス１は、概略的にはフェルール５と、多心光ファイバ１０と、蓋部材１２と、基板１１と、光素子アレイ２０を有している。

図１のフェルール５は、基板１１を保持するホルダーであり、フェルール５を有しており、Ｘ１方向から見るとほぼＵ字型に形成されている。フェルール５は、例えばプラスチックにより作られており、中央部１３と左右の第１端部１４と第２端部１５の間には、基板を挿入して固定するための開口部１６を有している。

図１の基板１１は、例えば板状のシリコンのような結晶性基板であり、基板１１の上には多心光ファイバ１０の固定の対象となる一部分と、蓋部材１２と、光素子アレイ２０が搭載されている。このように搭載された多心光ファイバ１０の一部分と、蓋部材１２と、基板１１と、光素子アレイ２０は、フェルール５の開口部１６内に位置されている。

図２は、基板１１の単体の形状例を示す斜視図である。

図２に示す基板１１の搭載面２２には、光素子アレイ２０がＺ方向に沿って搭載されており、光素子アレイ２０はＺ方向に沿って配列された複数の発光素子２１を有している。発光素子２１は一例としてレーザダイオードである。各発光素子２１は、配線パターン２３にそれぞれ接続されており、外部の回路基板に対して電気的に接続することで各発光素子２１を駆動できる。接続には例えば半田や導電性接着剤と金ワイヤーが用いられる。配線パターン２３は搭載面２２に形成されている。蓋部材１２は例えば正方形あるいは長方形のガラス板であり、基板１１の上に多心光ファイバ１０の固定の対象となる一部分を固定するための部材である。

図２の基板１１の搭載面２２には、複数本のＶ溝３０がＹ方向に沿って並んで形成されている。Ｖ溝３０の内端部３１は、光素子アレイ２０の各発光素子２１に対応した位置にある。Ｖ溝３０の内端部３１と光素子アレイ２０の間の位置には、スリット３５がＺ方向に沿って形成されている。つまり、スリット３５の形成方向と光素子アレイ２０の配置方向は、共にＺ方向に対して平行である。

このスリット３５は断面矩形を有し、内壁３６，３７と底面３８を有している。Ｖ溝３０の内端部３１は、スリット３５の内壁３７に達しており、Ｖ溝３０の外端部３２は、基板１１の端面１１Ｒに達している。スリット３５の内壁３６は、光素子アレイ２０の各発光素子２１のレーザ光射出面２０Ｐ付近に位置している。

次に、図３〜図１０と図１を参照して、図１に示す光デバイス１の組み立て製造手順について説明する。

図３は、組み立て前のフェルール５と多心光ファイバ１０と基板１１を示しており、図４は、多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆを基板１１のＶ溝３０に沿って初期の位置合わせをした状態を示している。図５は、多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆが光素子アレイ２０の各発光素子に対面する位置に位置決めされた状態を示している。すでに、基板１１には光素子アレイ２０とその配線パターンが搭載されている。

図３に示すように、多心光ファイバ１０はフェルール５の開口部１６に挿入され、多心光ファイバ１０の端部１０Ｄはフェルール５の挿入用の穴に通してある。多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆは基板１１のＶ溝３０の上方位置に位置決めする。

図４に示すように、多心光ファイバ１０は基板１１に対して角度θで傾斜して、多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆは基板１１の複数のＶ溝３０の途中位置にそれぞれ配置される。

図５に示すように、フェルール５と多心光ファイバ１０は基板１１に対してＹ１方向に沿って移動させて、図７に例示するようにして多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆをスリット３５の内壁３６に突き当てることで、多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆは、光素子アレイ２０の各発光素子に対面する位置に位置決めされる。

次に、図６に示すように、蓋部材１２が基板１１の搭載面２２の上に搭載される。図７は、図６のＸ１方向から見た基板１１と蓋部材１２と多心光ファイバ１０と光素子アレイ２０を示している。

図８は、基板１１と蓋部材１２の間に例えばエポキシ系接着剤Ｂを塗布する直前の状態を示している。図９は、接着剤Ｂを塗布し終わった状態を示している。

図８に示すように、接着剤Ｂは、接着剤供給部１００からシリンジ１０１を介して、蓋部材１２の後端部１２Ｄの端面１２Ｇ付近において基板１の搭載面２２に必要量だけ塗布するようになっている。この接着剤Ｂの塗布の際には、シリンジ１０１は図示しない移動手段により、図８と図９に示すようにＺ方向に直線移動することで、多心光ファイバ１０を交差する方向に接着剤Ｂを塗布するようになっている。

接着剤Ｂの塗布が終了すると、接着剤Ｂは図２に示す基板１１のＶ溝３０に沿ってＹ１方向に毛細管現象により、蓋部材１２の後端部１２Ｄの端面１２Ｇ側から先端部１２Ｆの端面１２Ｈに向かって、基板１１と蓋部材１２の内面との間を進んで行く。この接着剤Ｂは蓋部材１２を基板１１の搭載面２２側に固定でき、多心光ファイバ１０の固定しようとする一部分は、蓋部材１２と基板１１の搭載面２２の間において確実に固定される。

その後、図１０に示すように、封止剤としての例えば透明性樹脂４４が、基板１１の搭載面２２と蓋部材１２の先端部１２Ｆと多心光ファイバ１０の先端部１０Ｆとスリット３５と光素子アレイ２０とリード線３９の領域に塗布される。透明性樹脂４４は光の屈折率整合剤として機能する。

また、図１０に示すように、フェルール５の中央部１３の端面１３Ｔには多心光ファイバ１０を通している挿入用の貫通穴４９が形成されているが、端面１３Ｔと内面１３Ｇ側に、それぞれ接着剤Ｂを塗布する。そして、基板１１をＹ方向に沿って往復移動させることで、多心光ファイバ１０が、接着剤Ｂによりフェルール５の中央部１３に対して固定される。図１に示すように基板１１をフェルール５の開口部１６内に配置して、基板１１とフェルール５の間に接着剤Ｂを塗布して固定することで、光デバイス１の製造が完了する。

次に、図１１は、図７に示す基板１１と蓋部材１２および多心光ファイバ１０のＣ−Ｃ線における断面構造例を示している。

図１１において、基板１１のＶ溝３０はほぼ断面台形状を有している。蓋部材１２は別のＶ溝６０を有しており、Ｖ溝６０はほぼ断面台形状を有している。Ｖ溝３０の深さはＶ溝６０の深さよりも大きい。Ｖ溝３０，６０は、互いに対面した位置においてＹ方向（図１１の紙面垂直方向）に沿って形成されている。多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０の外周面は、各組のＶ溝３０，６０内に固定ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３において３点支持により固定されている。図１０の接着剤Ｂは、光ファイバ７０の外周面と、基板１１のＶ溝３０の内面と、蓋部材１２のＶ溝６０の内面との間に形成されている空間に広がる。また、図１０の接着剤Ｂは、基板１１の搭載面２２と蓋部材１２の内面５９との間にも広がる。

次に、図１２〜図１４を参照して、フェルール５の好ましい構造例をさらに説明する。

図１２はフェルールと基板等を示す平面図であり、図１３は図１２に示すフェルール５と基板１１等を拡大して示す平面図である。さらに、図１４はフェルール５と基板１１等を示す斜視図である。

図１２に示すように、すでに説明したようにフェルール５の中央部１３と第１端部１４と第２端部１５の間には、開口部１６が形成されている。貫通穴４９がフェルール５の中央部１３においてＹ方向に形成されていて、接着剤Ｂは、中央部１３の端面１３Ｔ側から中央部１３の内面１３Ｈ側へこの貫通穴４９を通じて、開口部１６内に供給される。

図１２と図１３に示すように、この開口部１６の内壁に対しては、基板１１の第１端部１１−１と第２端部１１−２が固定されるようになっている。フェルール５の第１端部１４の内面側には、第１内壁２０１と第２内壁２０２を有している。フェルール５の第２端部１５の内面側には、第１内壁３０１と第２内壁３０２を有している。第１内壁２０１と第１内壁３０１は対面しており、第２内壁２０２と第２内壁３０２も対面している。第１内壁２０１と第２内壁２０２と第１内壁３０１と第２内壁３０２は、Ｙ方向に平行である。

図１３に示すように、フェルール５の中央部１３には２本のガイドピン７７が突出して設けられている。このフェルール５は、ガイドピン７７を用いて、別のフェルール５あるいは取り付け対象物の挿入ガイド穴に挿入できる。

図１２に示すように、基板１１はＺ方向の幅Ｅを有している。対面している第１内壁２０１と第１内壁３０１の第１間隔はＳ１で示し、対面している第２内壁２０２と第２内壁３０２の間隔はＳ２で示している。第２間隔Ｓ２が間隔Ｓ１に比べて大きく、第１間隔Ｓ１は基板１１の幅Ｅに比べて大きい（第２間隔Ｓ２＞第１間隔Ｓ１＞基板の幅Ｅ）。寸法例としては、基板１１の幅Ｅは例えば３．３５ｍｍであり、間隔Ｓ１は３．４０ｍｍであり、間隔Ｓ２は３．６０ｍｍである。

図１３では、直線状の第１隙間部分４０１と第２隙間部分４０２と直線状の第１隙間部分５０１と第２隙間部分５０２を示している。

図１３の第１隙間部分４０１は、基板１１の第１端部１１−１と第１内壁２０１との間に形成されている。第２隙間部分４０２は、基板１１の第１端部１１−１と第２内壁２０２との間に形成されている。

同様にして、第１隙間部分５０１は、基板１１の第２端部１１−２と第１内壁３０１との間に形成されている。第２隙間部分５０２は、基板１１の第２端部１１−２と第２内壁３０２との間に形成されている。

寸法例としては、第１隙間部分４０１，５０１の各幅Ｇ１は、
Ｇ１＝（３．４−３．３５）／２＝０．０２５ｍｍであり、
第２隙間部分４０２，５０２の各幅Ｇ２は、
Ｇ２＝（３．６−３．３５）／２＝０．１２５ｍｍである。

このように、フェルール５と基板１１の間に、第１隙間部分４０１，５０１の各幅Ｇ１と第２隙間部分４０２，５０２の各幅Ｇ２を設けることで、フェルール５には、基板１１の第１端部１１−１と第２端部１１−２に対する逃げ加工しており、大きい幅Ｇ２の第２隙間部分４０２，５０２の途中部分に、光素子アレイ２０が配置されている。このため、次のような利点がある。

すなわち、接着剤Ｂが、フェルール５の中央部１３の挿入用の貫通穴４９を通じて、毛細管現象により、小さい幅Ｇ１の第１隙間部分４０１，５０１に入ってＹ方向に沿って移動することで第１隙間部分４０１，５０１内に満たされる。

しかし、この第１隙間部分４０１，５０１内に満たされた接着剤Ｂは、大きい幅Ｇ２の第２隙間部分４０２，５０２においては毛細管現象では移動できず、第２隙間部分４０２，５０２では接着剤Ｂの移動を阻止できるので、接着剤Ｂは小さい幅Ｇ１の第１隙間部分４０１，５０１内で移動が停止する。これにより、接着剤Ｂは光素子アレイ２０の付近には全く達しないために、接着剤Ｂが光素子アレイ２０に付着してしまうのを確実に阻止することができる。

図１４に示すように、接着剤Ｂは基板１１の下面側には浸透するので、基板１１は接着剤Ｂによりフェルール５の第１端部１４と第２端部１５の下部９９に固定することができる。

以上説明したように、本発明の実施形態の光デバイス１は、複数の光ファイバ７０からなる多心光ファイバ１０と、複数の光素子２１をアレイ状に配置した光素子アレイ２０と、光素子アレイ２０を搭載している搭載面２２を有している。この光コネクタ１は、搭載面２２には多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０の端面を各光素子２１に対応するように位置決めして多心光ファイバ１０の各光ファイバ１０の端面と各光素子２１とを光結合するためのＶ溝３０を有する基板１１と、基板１１を配置する開口部１６を有し、開口部１６内に基板１１を配置した状態で基板１１が接着剤Ｂにより固定されるフェルール５を備える。

そして、フェルール５は、基板１１の端部１１−１、１１−２に対面する位置に、接着剤Ｂを配置するための第１隙間部分４０１，５０１と、第１隙間部分の幅Ｇ１よりも大きい幅Ｇ２を有して第１隙間部分４０１，５０１から光素子アレイ２０側に接着剤Ｂが侵入を阻止するための第２隙間部分４０２，５０２とを有している。第２隙間部分４０２，５０２は第１隙間部分４０１，５０１よりも光素子アレイ２０に近い位置に位置されている。これにより、光素子アレイ２０に接着剤Ｂが付着するのを確実に防いで、光デバイス１の不良の出現を阻止して、光デバイス１を製造する際の歩留まりを向上できる。

本発明の実施形態の光デバイス１は、フェルール５は、中央部１３と、中央部１３の左右に配置された第１端部１４と第２端部１５を有している。第１端部１４の第１内壁２０１と基板１１の第１端部１１−１の間に第１隙間部分４０１が形成され、第１端部１４の第２内壁２０２と基板１１の第１端部１１−１の間に第２隙間部分４０２が形成されている。第２端部１５の第１内壁３０１と基板１１の第２端部１１−２の間に第１隙間部分５０１が形成され、第２端部１５の第２内壁３０２と基板１１の第２端部１１−２の間に第２隙間部分５０２が形成されている。これにより、基板１１の第１端部１１−１と第２端部１１−２は、光素子アレイ２０側には接着剤Ｂを近づけることなく、フェルール５に対して接着剤Ｂにより確実に固定することができる。

本発明の実施形態の光デバイス１は、蓋部材が、基板の搭載面に対して接着剤Ｂを用いて固定され、蓋部材の内面には、基板のＶ溝３０に対応する位置に蓋部材Ｖ溝６０が形成されており、多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０は基板１１のＶ溝３０と蓋部材Ｖ溝６０内に収容されて固定されている。これにより、多心光ファイバ１０の各光ファイバ７０は、基板１１の搭載面２２において蓋部材１２を用いて確実に固定することができる。

本発明の実施形態の光デバイス１は、光素子アレイ１０の複数の光素子７０は、発光素子である。これにより、発光素子が発光する光は、対応する光ファイバ７０の端面を通じて光伝送することができる。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。

例えば、光素子アレイ２０の複数の発光素子２１は一例としてレーザダイオードであるが、発光素子に代えて受光素子である例えばフォトダイオードであっても良い。

図１１に示す基板１１のＶ溝３０と蓋部材１２のＶ溝６０は、断面台形形状に限らず他の形状を採用しても良い。

また、蓋部材１２は板状部材でなく、直方体のようなブロック体であっても良い。スリット３５の断面形状は矩形断面形状に限らず、他の形状であっても良い。

本発明の好ましい実施形態を示す斜視図である。 基板の単体の形状例を示す図である。 組み立て前のフェルールと多心光ファイバと基板を示す図である。 多心光ファイバの先端部を基板のＶ溝に沿って初期の位置合わせした状態を示す図である。 多心光ファイバの先端部が光素子アレイの各発光素子に対面する位置に位置決めされた状態を示す図である。 基板に蓋部材が搭載された状態を示す図である。 図６のＸ１方向から見た基板と蓋部材と多心光ファイバと光素子アレイを示す図である。 基板と蓋部材の間に接着剤Ｂを塗布する直前の状態を示す図である。 接着剤Ｂを塗布し終わった状態を示す図である。 屈折率整合剤を塗布した状態を示す図である。 図７に示す基板と蓋部材および多心光ファイバのＣ−Ｃ線における断面構造例を示す図である。 フェルールと基板等を示す平面図である。 図１２に示すフェルールと基板等を拡大して示す図である。 フェルールと基板等を示す斜視図である。

符号の説明

１ 光デバイス
５ フェルール
１０ 多心光ファイバ
１２ 蓋部材
１６ フェルールの開口部
２０ 光素子アレイ
２０Ｐ 光素子アレイの光射出端面
２２ 基板の搭載面
３０ 基板のＶ溝
３５ スリット
３６，３７ スリットの内壁
４４ 封止剤
５９ 蓋部材の内面
６０ 蓋部材のＶ溝
７０ 多心光ファイバの各光ファイバ
２０１ 第１内壁
２０２ 第２内壁
３０１ 第１内壁
３０２ 第２内壁
４０１，４０２ 隙間部分
５０１，５０２ 隙間部分
Ｂ 接着剤

Claims (8)

1. 複数の光ファイバからなる多心光ファイバと、
   複数の光素子をアレイ状に配置した光素子アレイと、
   前記光素子アレイを搭載している搭載面を有しており、前記搭載面には、前記多心光ファイバの各前記光ファイバの端面を前記各光素子に対応するように位置決めして前記多心光ファイバの各光ファイバの端面と前記各光素子とを光結合するための複数本のＶ溝が形成され、前記複数本のＶ溝に前記複数の光ファイバの端部が固定された基板と、
   前記基板を配置する開口部を有し、前記開口部内に前記基板を配置した状態で前記基板が接着剤により固定されるフェルールと、を備え、
   前記フェルールは、前記複数の光ファイバを通し該複数の光ファイバが接着剤により固定される貫通穴を有する中央部と、該中央部から延びる左右の第１端部および第２端部とを備え、前記中央部、第１端部および第２端部により前記開口部が形成されており、
   前記第１端部および第２端部の各内壁面と該各内壁面にそれぞれ対向する前記基板の両側面との間に、前記接着剤を配置するための左右の第１隙間部分と、前記第１隙間部分の幅よりも大きい幅を有して前記第１隙間部分から前記光素子アレイ側への前記接着剤の毛細管現象による侵入を阻止するための左右の第２隙間部分とが形成されており、
   前記第１隙間部分は前記第２隙間部分よりも前記貫通穴に近い位置にあり、かつ、前記第２隙間部分は前記各光素子と前記複数の光ファイバの各端面との間の空間に臨む位置にあることを特徴とする光デバイス。
2. 前記基板には、前記多心光ファイバの各光ファイバの端面の位置決めをするための壁面を有するスリットが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 蓋部材が、前記基板の前記搭載面に対して接着剤を用いて固定され、前記蓋部材の内面には、前記基板の前記Ｖ溝に対応する位置に蓋部材Ｖ溝が形成されており、前記多心光ファイバの前記各光ファイバは前記基板の前記Ｖ溝と前記蓋部材Ｖ溝内に収容されて固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光デバイス。
4. 前記多心光ファイバの前記各光ファイバは前記基板の前記Ｖ溝と前記蓋部材Ｖ溝内において固定ポイントにおいて３点支持により固定されていることを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。
5. 前記開口部の前記フェルールの中央部と対向する側は開放していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光デバイス。
6. 前記フェルールと前記基板の接着部は連続しており、接着剤の浸透により固定されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光デバイス。
7. 前記第２隙間部分の幅が０．１２５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光デバイス。
8. 前記光素子アレイの複数の前記光素子は、発光素子であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光デバイス。

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