JP6664255B2 - 光ファイバアレイと光モジュールとの接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバアレイと光モジュールとの接続構造に関する。

従来の接続構造が下記特許文献１及び２に記載されている。この接続構造は、光導波路と、光モジュールとを備えている。光導波路は、第１端部を有している。光モジュールは、ベースと、ミラーと、変換部とを有している。ベースの端部には、凹部が設けられている。この凹部に、光導波路の第１端部が挿入され、位置固定されている。変換部は光電変換部又は電光変換部である。変換部は、凹部の奥側のミラーに対向するように、ベースの凹部の近傍に実装されている。ミラーが、光導波路の第１端部から照射された光信号を変換部へ反射する及び／又は変換部から照射された光信号を光導波路の第１端部へ反射する。

特開２００６−３８１８号公報 特開２００６−２５９５９０号公報

ところで、近年では、光ファイバアレイと光モジュールの変換部との光接続を容易にすることが求められている。一般的に、光ファイバアレイの光ファイバ素線の第１端部は、その周りを被覆する樹脂部が除去され、当該光ファイバ素線の第１端部が各々取り出される。その後、光ファイバ素線の第１端部が変換部に各々光接続されている。このように光ファイバ素線の第１端部周りの樹脂部を除去し、光ファイバ素線の第１端部を取り出す作業は非常に面倒であり、且つ取り出された光ファイバ素線の第１端部を変換部に各々光接続することも非常に面倒である。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、複数の光ファイバを光モジュールの複数の変換部に容易に接続させることができる光ファイバアレイと光モジュールとの接続構造を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の一態様の接続構造は、光モジュールと、光ファイバアレイとを備えている。光モジュールは、ベースと、複数の変換部と、ミラーとを有している。ベースは、第１面と、凹部と、溝とを有している。第１面は、第１方向及び第２方向に平行であり、第２方向は第１方向に直交している。凹部は、ベースの第１面に設けられた凹部であって、第１方向及び第２方向に延びており且つ第１方向の一方及び第３方向の一方に開口している。第３方向は第１方向及び第２方向に直交している。溝は、ベースの第１面の凹部よりも第１方向の他方側の部分に当該凹部に連通するように設けられ、第２方向に延びており、且つ第３方向の一方側に開口している。溝は、第１方向の他方側の第１壁を有している。変換部は、光電変換部又は電光変換部であって、第１壁の第３方向の一方側に位置するように、ベースに設けられ、且つベースに第２方向に並列で配置されている。光ファイバアレイは、樹脂部と、光路及び前記光路を被覆するクラッドと有する複数の光ファイバ素線とを有している。複数の光ファイバ素線は、その長手方向の第１端部を有している。複数の光ファイバ素線の第１端部は、第２方向に並列で並べられており且つ樹脂部に一括で被覆されている。複数の光ファイバ素線の第１端部は、樹脂部に被覆されたままの状態でベースの凹部に位置固定され、第１方向に延びており、且つ変換部に各々光接続されている。ミラーは、複数の光ファイバ素線の第１端部が当該ミラーを介して変換部に各々光接続されるように傾斜又は湾曲している。

このような態様の接続構造による場合、複数の光ファイバ素線を複数の変換部に容易に接続することができる。なぜなら、複数の光ファイバ素線の第１端部が樹脂部に被覆されたままの状態で複数の変換部に一度に光接続されるからである。

ベースは、Ｓｉ基板又はＳＯＩ基板であっても良い。このような態様の接続構造による場合、ベースがＳｉ基板又はＳＯＩ基板であるので、エッチング等によってベースに凹部を高精度且つ容易に形成することができる。

前記溝は、前記第１方向の一方側の一対の第２壁を更に有する構成とすることが可能である。凹部は、底面を有し、この凹部の底面の第１方向の他方側の部分が、一対の第２壁の間に位置していると良い。この場合、ミラーは、前記第１壁、前記第２壁及び凹部の底面の第１方向の他方側の部分にも設けられていても良い。

本発明の実施例の一態様に係る光ファイバアレイと光モジュールの接続構造の概略的平面図である。 前記接続構造の図１Ａ中の１Ｂ−１Ｂ概略的端面図である。 前記接続構造の前記光モジュールのベース、ミラー及び電極の概略的平面図である。 前記接続構造の前記光モジュールのベース、ミラー及び電極の概略的側面図である。

以下、本発明の実施例に係る接続構造Ｓについて図１Ａ〜図２Ｂを参照しつつ説明する。接続構造Ｓは、光モジュールＭと、光ファイバアレイ１００とを備えている。図１Ａ〜図２Ｂでは、光ファイバアレイ１００の第１端部のみが図示されている。図１Ａ及び図１Ｂに示されるＹ−Ｙ’方向は、特許請求の範囲の第１方向に相当する。Ｙ−Ｙ’方向のうちのＹ方向が第１方向の一方に相当し、Ｙ’方向が第１方向の他方に相当する。図１Ｂに示されるＸ−Ｘ’方向は、特許請求の範囲の第２方向に相当し且つ光ファイバアレイ１００の後述する複数の光ファイバ素線１１０の配列方向に相当する。Ｘ−Ｘ’方向はＹ−Ｙ’方向に直交している。図１Ａ及び図１Ｂに示されるＺ−Ｚ’方向は、特許請求の範囲の第３方向に相当し且つ光ファイバアレイ１００の厚み方向に相当する。Ｚ−Ｚ’方向は、Ｙ−Ｙ’方向及びＸ−Ｘ’方向に直交している。Ｚ−Ｚ’方向のうちのＺ方向は第３方向の一方に相当し、Ｚ’方向は第３方向の他方に相当している。

光ファイバアレイ１００は、複数の光ファイバ素線１１０と、樹脂部１２０（テープ心線）とを有している。光ファイバアレイ１００は、例えば、２、３、４、８、１２、１６、２４、３２、４０、４８、６４の光ファイバ素線１１０を有する構成とすることが可能である。なお、図１Ａ〜図１Ｂには、４つの光ファイバ素線１１０が示されている。光ファイバ素線１１０は、光路（コア）と、光路を被覆するクラッドと有している。光ファイバ素線１１０は第１端部１１１を有している。光ファイバ素線１１０は、少なくとも第１端部１１１がＸ−Ｘ’方向に並列に並べられていると良い。光ファイバ素線１１０全体（第１端部１１１を含む。）がＸ−Ｘ’方向に並列に並べられていても良い。樹脂部１２０は、光硬化性樹脂等である。樹脂部１２０は、少なくとも第１端部１１１を一括被覆している。樹脂部１２０は、光ファイバ素線１１０全体（第１端部１１１を含む。）を一括被覆していても良い。但し、第１端部１１１の光路（コア）は樹脂部１２０外に露出している。

光モジュールＭは、ベース２００を備えている。ベース２００は、金属板、樹脂板、Ｓｉ基板又はＳＯＩ基板等である。ベース２００は、第１面２０１と、凹部２１０とを有している。第１面２０１は、ベース２００のＺ方向側の面である。凹部２１０は、ベース２００の第１面２０１に設けられている。凹部２１０は、Ｙ−Ｙ’方向及びＸ−Ｘ’方向に延びた矩形状の凹部である。凹部２１０は、底面を有している。凹部２１０の底面は、フラットであっても良い。凹部２１０は、Ｙ方向に開口していても良いし、Ｙ方向及びＺ方向に開口していても良い。図１Ａ〜図２Ｂでは、後者である。この場合、第１面２０１は、凹部２１０のＸ方向の第１縁と、凹部２１０のＸ’方向の第２縁とを有している。

凹部２１０のＸ−Ｘ’方向の寸法は、光ファイバアレイ１００のＸ−Ｘ’方向の寸法に対応している。例えば、凹部２１０のＸ−Ｘ’方向の寸法は、光ファイバアレイ１００のＸ−Ｘ’方向の寸法と略同じ又は若干大きい。凹部２１０内に光ファイバ素線１１０の第１端部１１１が樹脂部１２０に被覆されたままの状態で位置固定可能となっている。換言すると、凹部２１０内に光ファイバアレイ１００の第１端部が位置固定可能となっている。例えば、光ファイバアレイ１００の第１端部は凹部２１０に接着剤や両面テープ等の周知の接着手段で位置固定されていても良いし、光ファイバアレイ１００の第１端部は凹部２１０に嵌合（ｆｉｔ ｉｎ）する構成となっていても良い。

凹部２１０は、Ｘ方向の壁及びＸ’方向の壁を更に有している。凹部２１０のＸ方向の壁は、第１面２０１の第１縁から凹部２１０の底面にかけてＸ’方向及びＺ’方向に傾斜又は湾曲していても良いし、凹部２１０の底面に対して垂直であっても良い。凹部２１０のＸ’方向の壁は、第１面２０１の第２縁から凹部２１０の底面にかけてＸ方向及びＺ’方向に傾斜又は湾曲していても良いし、凹部２１０の底面に対して垂直であっても良い。

凹部２１０のＺ−Ｚ’方向の寸法は任意に設定可能であるが、光ファイバアレイ１００のＺ−Ｚ’方向の寸法に対応していても良い。例えば、凹部２１０のＺ−Ｚ’方向の寸法は、光ファイバアレイ１００のＺ−Ｚ’方向の寸法と略同じ又は若干大きくすることが可能である。

ベース２００がＳｉ基板又はＳＯＩ基板である場合、凹部２１０は次の通りベース２００の第１面２０１に形成される。ベース２００の第１面２０１上にレジストを塗布し、このレジストに凹部２１０の外形に対応したパターンを形成する。その後、ベース２００のパターンから露出する部分に対してエッチングを行う。その後、レジストを除去する。このようにして、ベース２００の第１面２０１に凹部２１０が形成される。なお、凹部２１０は、ベース２００の第１面２０１をレーザー加工又は機械加工することによっても形成可能である。

ベース２００は、溝２２０を更に有していても良い。溝２２０は、ベース２００の第１面２０１の凹部２１０よりもＹ’方向側の部分に当該凹部２１０に連通するように設けられている。溝２２０はＸ−Ｘ’方向に延びている。溝２２０のＸ−Ｘ’方向の寸法は、凹部２１０のＸ−Ｘ’方向の寸法よりも大きくても良いし、短くても良いし、同じであっても良い。図１Ａ〜図２Ｂでは、前者である。溝２２０のＺ−Ｚ’方向の寸法は、凹部２１０のＺ−Ｚ’方向の寸法よりも大きくても良いし、短くても良いし、同じであっても良い。なお、ベース２００の第１面２０１は、溝２２０のＹ’方向側の第３縁と、溝２２０のＹ方向側の第４縁とを有している。ベース２００が溝２２０を有していない場合、第１面２０１は凹部２１０のＹ’方向側の第５縁を有している。

溝２２０の断面形状は、略Ｖ字状又は略凹字状とすることが可能である。図１Ａ〜図２Ｂでは、前者である。溝２２０は、例えば、ブレードを用いたダイシングによって形成することが可能である。又は、溝２２０は、凹部２１０と同様の方法で形成することも可能である。溝２２０は、少なくともＹ’方向側の壁２２１（特許請求の範囲の溝の第１壁に相当）を有していると良い。壁２２１は、第１面２０１の第３縁から溝２２０の底へＹ方向及びＺ’方向に傾斜していると良い。溝２２０は、一対のＹ方向側の壁２２２（特許請求の範囲の溝の第２壁に相当）を更に有していても良い。壁２２２の間には、凹部２１０が存在している。壁２２２は、第１面２０１の第４縁から溝２２０の底へＹ’方向及びＺ’方向に傾斜していても良いし、凹部２１０の底面に対して垂直であっても良い。ベース２００が溝２２０を有していない場合、凹部２１０のＹ’方向の壁が、第１面２０１の第５縁から凹部２１０の底面へＹ方向及びＺ’方向に傾斜していると良い。

光モジュールＭは、複数の変換部３００を更に備えていても良い。ベース２００が溝２２０を有している場合、変換部３００は、ベース２００の第１面２０１の溝２２０よりＹ’方向側の部分にＸ−Ｘ’方向に並列で配置されており且つ壁２２１のＺ方向側で少なくとも壁２２１に対向していると良い。この場合、ベース２００の第１面２０１の溝２２０よりＹ’方向側の部分に、各変換部３００に接続される電極２３０が設けられていると良い。ベース２００が溝２２０を有していない場合、変換部３００は、ベース２００の第１面２０１の凹部２１０よりＹ’方向側の部分にＸ−Ｘ’方向に並列で配置されており且つ凹部２１０のＹ’方向の壁のＺ方向側で少なくとも当該壁に対向していると良い。この場合、ベース２００の第１面２０１の凹部２１０よりＹ’方向側の部分に、各変換部３００に接続される電極２３０が設けられていると良い。

変換部３００は、光電変換部又は電光変換部である。光電変換部は、フォトダイオード等の受光素子であって、各光ファイバ素線１１０から入射した光信号を電気信号に変換し、電極２３０に出力する構成となっている。電光変換部は、半導体レーザー、や発光ダイオード等の発光素子であって、電極２３０から入力された電気信号を光信号に変換し、変換した光信号を各光ファイバ素線１１０に出射する構成となっている。

光モジュールＭは、ミラー４００を更に備えていても良い。ミラー４００は、少なくとも溝２２０の壁２２１又は凹部２１０のＹ’方向の壁に設けられていると良い。図１Ａ〜図２Ｂでは、前者である。例えば、溝２２０の壁２２１又は凹部２１０のＹ’方向の壁に設けられた金属膜であっても良いし、溝２２０の壁２２１又は凹部２１０のＹ’方向の壁が研磨等により、鏡面化されたものであっても良い。このミラー４００は、光ファイバ素線１１０の第１端部１１１がミラー４００を介して変換部３００に各々光接続されるように傾斜又は湾曲している。換言すると、ミラー４００は、光ファイバ素線１１０の第１端部１１１の光路から照射される光信号を変換部３００へ反射する及び／又は変換部３００から照射される光信号を光ファイバ素線１１０の第１端部１１１の光路へ反射する傾斜面又は凹面を有している。この場合、ミラー４００が設けられる壁２２１又は凹部２１０のＹ’方向の壁自体が傾斜面又は凹面となっていても良い。図１Ａ〜図２Ｂでは、ミラー４００は４５°に傾斜した傾斜面を有する。図１Ｂでは、説明の便宜上、ミラー４００によって反射される光信号が双方向矢印で示されている。

ミラー４００は、Ｙ方向側の壁２２２及び／又は凹部２１０の底面のＹ’方向の端部にも設けられていても良い。すなわち、ミラー４００は、下記の１）又は２）に設けることが可能である。１）溝２２０の壁２２１、及びＹ方向側の壁２２２及び凹部２１０の底面のＹ’方向の端部の少なくとも一方 ２）凹部２１０のＹ’方向の壁、及びＹ方向側の壁２２２及び凹部２１０の底面のＹ’方向の端部の少なくとも一方

ミラー４００が、金属蒸着法を用いて、溝２２０の壁２２１又は凹部２１０のＹ’方向の壁のみに設けられる場合、蒸着用マスクの開口が小さくなる。このため、ミラー４００が、溝２２０の壁２２１又は凹部２１０のＹ’方向の壁に設けられる領域が小さくなる。一方、ミラー４００が、上記金属蒸着法を用いて、上記１）又は２）に設けられた金属膜である場合、蒸着用マスクの開口を大きくすることができる。このため、ミラー４００が、溝２２０の壁２２１又は凹部２１０のＹ’方向の壁に設けられる領域を大きくすることができる。

なお、ミラー４００及び溝２２０が省略される場合には、変換部３００は、凹部２１０に位置固定された光ファイバ素線１１０の第１端部１１１の光路と各々光接続されるように、ベース２００内にＸ−Ｘ’方向に並列で配置されていても良い。この場合、ベース２００内に各変換部３００に接続される電極２３０が設けられていると良い。

接続構造Ｓは、モジュール基板５００を更に備えていても良い。モジュール基板５００上に光モジュールＭが実装されていると良い。より具体的には、光モジュールＭのベース２００がモジュール基板５００上に接着手段（例えば、銀ペーストや導電性接着剤等）又は固定手段（例えば、ネジやピン等）によって、固定されていると良い。この場合、ベース２００の電極２３０は、ベース２００内に設けられた図示しないスルーホール電極を介してモジュール基板５００の導電ラインに接続されていても良いし、図示しないボンディングワイヤーやピン等の接続手段を介してモジュール基板５００の導電ラインに接続されていても良い。

接続構造Ｓは、図示しない複数の変換回路を更に備えていても良い。変換回路は、光電変換回路又は電光変換回路である。変換回路は、モジュール基板５００上、モジュール基板５００内、ベース２００の第１面２０１上又はベース２００内に設けられていると良い。

光電変換回路は、電極２３０及びスルーホール電極、又は、電極２３０及び接続手段を介して、光電変換部に接続されている。光電変換回路は、光電変換部によって光信号から変換された電気信号に対して所定の処理を行うための回路である。電光変換回路は、電極２３０及びスルーホール電極、又は、電極２３０及び接続手段を介して、電光変換部に接続されている。電光変換回路は、当該電光変換回路に入力された電気信号を光信号に変換可能な所定の信号に変換して電光変換部に出力し、当該電光変換部に光信号を照射させるための回路である。

なお、光電変換回路及び／又は電光変換回路は省略可能である。省略される場合、光電変換回路及び／又は電光変換回路は、図示しない別の基板等に設けられており、周知の接続手段（ケーブルやピン等）によって、モジュール基板５００又は変換部３００に接続されていると良い。

光ファイバアレイ１００の光ファイバ素線１１０は、第１端部１１１の反対側の図示しない第２端部を有している。接続構造Ｓは、光ファイバ素線１１０の第２端部に接続される別の光モジュールを更に備えていても良い。この別の光モジュールは、次の点を除き、光モジュールＭと同様の構成とすることが可能である。光ファイバ素線１１０の第１端部１１１が光電変換部に光接続される場合には、当該光ファイバ素線１１０の第２端部は樹脂部１２０に被覆されたままの状態で電光変換部に光接続される。光ファイバ素線１１０の第１端部１１１が電光変換部に光接続されている場合には、当該光ファイバ素線１１０の第２端部は樹脂部１２０に被覆されたままの状態で光電変換部に光接続される。

別の光モジュールは、光モジュールＭと異なる構成とすることも可能である。例えば、別の光モジュールは、光ファイバ素線１１０の第２端部がその周りの樹脂部１２０が除去され、各々が分離された状態で各々光接続される複数の変換部を少なくとも備えていると良い。この変換部は、電光変換部又は光電変換部である。

以下、図１Ａ〜図２Ｂに示される接続構造Ｓにおいて、光ファイバアレイ１００を光モジュールＭに接続する手順について詳しく説明する。まず、光ファイバアレイ１００の第１端部が光モジュールＭのベース２００の凹部２１０にＹ方向側から挿入される。換言すると、光ファイバアレイ１００の光ファイバ素線１１０の第１端部１１１が樹脂部１２０に被覆されたままの状態で光モジュールＭのベース２００の凹部２１０にＹ方向側から挿入される。この挿入によって、１）〜２）の通りとなる。１）樹脂部１２０に被覆された光ファイバ素線１１０の第１端部１１１（すなわち、光ファイバアレイ１００の第１端部）が凹部２１０に位置固定される。２）光ファイバ素線１１０の第１端部１１１の光路が、ミラー４００を介して変換部３００に各々光接続される。

以上のような接続構造は、以下の技術的特徴を有している。第１に、複数の光ファイバ素線１１０を光モジュールＭの複数の変換部３００に容易に接続することができる。複数の光ファイバ素線１１０の第１端部１１１が樹脂部１２０に被覆されたままの状態でベース２００の凹部２１０に位置固定されるだけで、複数の光ファイバ素線１１０の第１端部１１１が複数の変換部３００に一度に光接続されるからである。

第２に、光モジュールＭがミラー４００を備えている場合、光モジュールＭのベース２００の変換部３００の位置決めを高精度に行うことが可能である。光ファイバ素線１１０の第１端部１１１を位置固定する凹部２１０、変換部３００が実装される電極２３０及び光ファイバ素線１１０と変換部３００とを光接続させるミラー４００がベース２００に設けられている。このため、変換部３００が、ベース２００のミラー４００に対向するように、ベース２００の第１面２０１の電極２３０に実装されるだけで、変換部３００が、凹部２１０に位置固定される光ファイバ素線１１０の第１端部１１１に対して高精度に位置決めされる。

第３に、光モジュールＭのベース２００がＳｉ基板又はＳＯＩ基板である場合、光モジュールＭのベース２００の凹部２１０及び溝２２０を高精度且つ容易に形成することが可能である。凹部２１０は、上記の通り、レジストの塗布及びエッチングによって高精度且つ容易にベース２００に形成される。溝２２０は、ブレードを用いたダイシングによって高精度且つ容易にベース２００形成される。溝２２０の壁２２１、２２２も、前記ダイシングによって所望の傾斜角で高精度且つ容易にベース２００形成される。

なお、上述した接続構造は、上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載範囲において任意に設計変更することが可能である。以下、詳しく述べる。

上記実施例及び設計変形例における接続構造の各構成要素を構成する素材、形状、寸法、数及び配置等はその一例を説明したものであって、同様の機能を実現し得る限り任意に設計変更することが可能である。上述した実施例及び設計変更例は、互いに矛盾しない限り、相互に組み合わせることが可能である。本発明の第１方向は、光ファイバ素線の第１端部が光モジュールの凹部に挿脱可能な方向である限り任意に設定可能である。本発明の第２方向は、光ファイバ素線の並び方向であって、第１方向に直交している限り任意に設定可能である。本発明の第３方向は、第１方向及び第２方向に直交している限り任意に設定可能である。

Ｓ：接続構造
１００：光ファイバアレイ
１１０：光ファイバ素線
１１１：第１端部
１２０：樹脂部
Ｍ：光モジュール
２００：ベース
２０１：第１面
２１０：凹部
２２０：溝
２２１：壁
２２２：壁
２３０：電極
３００：変換部
４００：ミラー
５００：モジュール基板

Claims (3)

1. 光モジュールと、
   光ファイバアレイとを備えており、
   前記光モジュールは、ベースと、複数の変換部と、ミラーとを有しており、
   前記ベースは、第１面と、凹部と、溝とを有しており、
   前記第１面は、第１方向及び第２方向に平行であり、前記第２方向は前記第１方向に直交しており、
   前記凹部は、前記第１面に設けられ、前記第１方向及び前記第２方向に延びており、且つ前記第１方向の一方及び第３方向の一方に開口しており、前記第３方向は前記第１方向及び前記第２方向に直交しており、
   前記溝は、前記ベースの前記第１面の前記凹部よりも前記第１方向の他方側の部分に当該凹部に連通するように設けられ、前記第２方向に延びており、且つ前記第３方向の一方に開口しており、前記溝は、前記第１方向の他方側の第１壁を有しており、
   前記変換部は、光電変換部又は電光変換部であって、前記第１壁の前記第３方向の一方側に位置するように、前記ベースに設けられており、且つ前記ベースに前記第２方向に並列で配置されており、
   前記光ファイバアレイは、樹脂部と、
   光路及び前記光路を被覆するクラッドと有する複数の光ファイバ素線とを有しており、前記複数の光ファイバ素線は、その長手方向の第１端部を有しており、前記複数の光ファイバ素線の前記第１端部は、前記第２方向に並列で並べられており且つ前記樹脂部に一括で被覆されており、前記複数の光ファイバ素線の前記第１端部は、前記樹脂部に被覆されたままの状態で前記ベースの前記凹部に位置固定され、前記第１方向に延びており、且つ、前記変換部に各々光接続されており、
   前記ミラーは、前記複数の光ファイバ素線の前記第１端部が当該ミラーを介して前記変換部に各々光接続されるように傾斜又は湾曲している
   光ファイバアレイと光モジュールとの接続構造。
2. 請求項１記載の光ファイバアレイと光モジュールとの接続構造において、
   前記ベースは、Ｓｉ基板又はＳＯＩ基板である光ファイバアレイと光モジュールとの接続構造。
3. 請求項１又は２記載の光ファイバアレイと光モジュールとの接続構造において、
   前記溝は、前記第１方向の一方側の一対の第２壁を更に有しており、
   前記凹部は、底面を有し、前記底面の前記第１方向の他方側の部分が、前記一対の第２壁の間に位置しており、
   前記ミラーは、金属蒸着膜であって、前記第１壁、前記第２壁及び前記凹部の前記底面の前記第１方向の他方側の部分に設けられている光ファイバアレイと光モジュールとの接続構造。

Images