JP6783134B2 - 光モジュール及び光モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光モジュール及び光モジュールの製造方法に関する。

光通信の伝送速度及び伝送容量を向上させるため、複数の光信号をパラレル伝送する技術又は複数の光信号を一つの光信号に束ねて伝送する技術が研究されている。これらの光伝送を行う光モジュールは、各光信号の光軸を個別に調整する光軸調整機構を備える場合がある。

下記特許文献１には、第１導波路の光を第２導波路に合焦させるレンズを保持する可動のレバーを含む光学アセンブリが記載されている。レバーを操作してレンズの位置が調節された後、レバーをはんだ等で固定しレンズ位置を固定する。例えば、レバーの近傍に予めはんだと電極とが配置され、電極に電流を流してはんだを溶融しレバーに付着させてレバーを固定する。

特表２０１２−５１７０２８号公報

レバーやレンズなどの光軸調整機構の可動部を固定するためにはんだや電極を予め光モジュールに設けると、光モジュールの構造が複雑になり小型化に不利である。

また、先にレバーの位置を決める操作を行い、その後に可動部に接着剤を付けて硬化する方法は、レバーの位置を保つ作業と接着剤の注入作業とを同時に行うこととなる。そのため、作業が難しくなったり当該作業に複雑な装置が必要になったりし得る。

これに対し、先に可動部に接着剤を付け、その後にレバーの操作及び接着剤の硬化を行う方法は、接着剤の注入作業とレバーの操作とを分けて行うことができるので、作業や装置の単純化を図れる。その一方、レバーを操作するとレバー等の可動部の移動方向や移動量に応じて、流動性を有した接着剤の可動部に対する付着状態が変化し得る。そのため、可動部の固定状態にばらつきが生じて固定が不十分になる場合が生じ得る。また、接着剤が意図しない箇所に流れ出たり付着したりし得る。一方、このような不都合を生じないように接着剤の量や塗布範囲を制御することは必ずしも容易ではない。

そこで本発明は光軸調整機構を有する光モジュールについて、当該光軸調整機構の可動部周辺に予め流し込まれた接着剤が意図しない箇所へ流出することを防ぎつつ、可動部の固定の確実性を高める構造及び製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る光モジュールは、第１及び第２の光伝送路を光結合する光学素子を備え基板の表面の上部に配置された素子部と、一方端を前記素子部に接続されて前記基板表面上部に延在され、前記素子部を前記基板表面上にて動かす際に操作される操作レバーと、前記基板表面から高くなった凸部であり、前記操作レバーの長手方向側面に向き合う段差面を有したレバー対向部分を含むバンクと、両端を前記素子部と前記バンクとに接続され前記素子部を支持する支持ばねと、前記操作レバー、前記素子部、前記支持ばね及び、当該支持ばねの接続点から前記レバー対向部分にかけての前記バンクにより平面視にて湾形状に囲まれた前記基板上の凹部である貯留部と、前記貯留部に溜められ、前記操作レバーを前記基板に対して固定する接着剤と、を有し、前記貯留部は、前記操作レバーの他方端の近傍に、硬化前の前記接着剤の流出を阻止する流出阻止部を有する。

（２）上記（１）に記載の光モジュールにおいて、前記流出阻止部は、前記バンクの一部であって、平面視にて前記レバー対向部分から前記操作レバーの他方端に向けて突き出した凸部とすることができる。

（３）上記（２）に記載の光モジュールにおいて、前記操作レバーの前記他方端から前記流出阻止部の凸部までの距離は、前記操作レバーにおける前記他方端以外の箇所から前記レバー対向部分までの距離より小さくすることができる。

（４）上記（１）に記載の光モジュールにおいて、前記流出阻止部は、前記湾形状の開口部に形成され、当該開口部より前記湾形状内に入り込んだ内部領域と比較して前記接着剤に対するぬれ性が低い基板表面とすることができる。

（５）上記（１）〜（４）に記載の光モジュールにおいて、前記操作レバー又は前記バンクは、前記貯留部に面する側面に凹凸を有する構成とすることができる。

（６）上記（１）〜（５）に記載の光モジュールは、前記基板上に前記素子部が複数配列され、前記素子部ごとに、前記操作レバー、前記支持ばね及び前記貯留部が設けられている構成とすることができる。

（７）上記（１）〜（６）に記載の光モジュールにおいて、前記基板は、その表面に絶縁層と表面シリコン層とが順に積層されたシリコン基板であり、前記素子部、前記操作レバー、前記支持ばね及び前記バンクは、前記表面シリコン層に一体的に形成されている構成とすることができる。

（８）上記（１）〜（７）に記載の光モジュールにおいて、前記接着剤は紫外線硬化樹脂又ははんだとすることができる。

（９）上記（１）〜（８）に記載の光モジュールを製造する方法は、前記基板上に前記素子部、前記操作レバー、前記支持ばね、前記バンク及び前記貯留部を形成する工程と、前記接着剤を前記貯留部に用意する接着剤配置工程と、前記接着剤配置工程後、前記操作レバーを移動させて前記素子部の位置又は向きを調整する調整工程と、前記調整工程後、前記接着剤を硬化させて前記素子部、前記操作レバー及び前記支持ばねを前記基板に対して固定する工程と、を有する。

本発明によれば、接着剤の意図しない箇所への流出を防ぎつつ、可動部の固定の確実性が向上した光モジュールが得られる。

本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの模式的な側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光モジュールの模式的な上面図である。 第１の実施形態における光軸調整機構の模式的な上面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線での模式的な垂直断面図である。 本発明の実施形態に係る光モジュールの製造方法における調整工程を示す上面図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る光軸調整機構の模式的な上面図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係る光軸調整機構の模式的な上面図である。 第１の実施形態の第３の変形例に係る光軸調整機構の模式的な上面図である。 第１の実施形態の第４の変形例に係る光軸調整機構の模式的な上面図である。 第１の実施形態の第５の変形例に係る光軸調整機構の模式的な上面図である。 第１の実施形態の第５の変形例に係る光軸調整機構の模式的な上面図である。 本発明の第２の実施形態に係る光モジュールの模式的な上面図である。 本発明の第３の実施形態に係る光モジュールの模式的な側面図である。 本発明の第４の実施形態に係る光モジュールの模式的な側面図である。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、以下に示す図は、あくまで、実施形態の実施例を説明するものであって、図の大きさと本実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光モジュール１の模式的な側面図である。図１は、ｙ−ｚ平面を表し、ｘ軸は紙面を貫く手前向きの軸である。光モジュール１は、アレイ型半導体レーザ素子２０と、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１０と、光導波路３０とを備える。アレイ型半導体レーザ素子２０が出射する光の伝送路と、光導波路３０とはＳＯＩ基板１０に設けられる光学素子により光結合される。なお、半導体レーザ素子はアレイ型ではなく個別の半導体レーザを複数配置しても良い。

図２は光モジュール１の模式的な上面図である。図２は、ｘ−ｚ平面を表し、ｙ軸は紙面を貫く手前向きの軸である。本実施形態では光モジュール１として、４つの光信号のパラレル伝送に用いられるものを例示している。図示の都合上、図２では、アレイ型半導体レーザ素子２０の記載を省略しているが、アレイ型半導体レーザ素子２０は、複数本の光ビームを出射する光素子であって、本実施形態ではそれぞれレーザ光を生成する４つのレーザ素子がｘ軸方向に配列されている。また、図２にはアレイ型半導体レーザ素子２０からの４つのレーザ光を入力される４つの光導波路３０が示されている。当該各レーザ光の光導波路３０に対する光軸を調整するために、ＳＯＩ基板１０には、操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３を含む光軸調整機構として、第１の光軸調整機構Ａ、第２の光軸調整機構Ｂ、第３の光軸調整機構Ｃ及び第４の光軸調整機構Ｄが配列されている。このように、複数のレーザ素子及び光導波路をアレイ化することで、光モジュール１を小型化することができる。ちなみに、本実施形態に係る光モジュール１では、アレイ間隔（例えば、第１の光軸調整機構Ａに入射するレーザ光と第２の光軸調整機構Ｂに入射するレーザ光とのｘ軸方向についての間隔）は２５０μｍである。

アレイ型半導体レーザ素子２０は、既に述べたように複数本の光ビームを出射する光素子であって、具体的にはそれぞれレーザ光を生成する４つのレーザ素子がｘ軸方向に配列されている。アレイ型半導体レーザ素子２０は、レーザ光を発振する光共振器２１と、レーザ光を下方に反射する鏡面２２と、レーザ光を集束するレンズ２３とを含む。ここで、レンズ２３は、光レーザビームを集束するレンズであり、アレイ型半導体レーザ素子２０と一体で形成されている。レンズ２３がアレイ型半導体レーザ素子２０と一体で形成されていることにより、光モジュール１がより小型化される。

ＳＯＩ基板１０は、シリコン（Ｓｉ）基板の上にシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）からなる絶縁層（ＳｉＯ_２層）と表面Ｓｉ層とが順に積層された基板である。本実施形態では、ＳＯＩ基板１０の表面を加工して、操作レバー１１、素子部１２、支持ばね１３及びバンク１４がＳＯＩ基板１０と一体に形成される。

素子部１２は、２つの光伝送路を光結合する光学素子を備える。例えば、素子部１２は光学素子を支える土台を有し、光学素子は当該土台に取り付けられたり、一体に形成されたりする。本実施形態では素子部１２はレーザ光を反射する鏡面１２ａを光学素子とするミラーであり、レーザ光の進行方向を変換してアレイ型半導体レーザ素子２０からの出射光の伝送路を光導波路３０に光結合する。なお光学素子はミラーに限らずレンズ等であっても良い。

操作レバー１１はＳＯＩ基板１０におけるＳｉ基板の表面上に延在され、素子部１２を基板表面上にて動かす際に操作される。本実施形態では操作レバー１１はｚ軸方向に延伸して設けられ、図２にて左側に位置する一方端を素子部１２に接続される。また、操作レバー１１の他方端にはハンドル１１ａが設けられている。

支持ばね１３は、一方端を素子部１２に接続され、他方端をバンク１４に接続される。なお、本実施形態では支持ばね１３は、ｘ軸方向に延伸して設けられ、図１における断面には現れていない。

本実施形態に係る光モジュール１において、操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の加工技術を用いて形成されている。具体的には、操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３は、ＳＯＩ基板１０の表面Ｓｉ層及び絶縁層をエッチングしてそれらの外形を切り出した後、当該外形における表面Ｓｉ層下の絶縁層のみをエッチングにより除去することで形成される。そのような工程により、操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３はＳＯＩ基板１０の絶縁層下に位置するＳｉ基板の表面との間に隙間を形成されており、支持ばね１３はバンク１４に接続された端部を支点として、支持ばね１３自身と素子部１２及び操作レバー１１とをＳｉ基板表面から宙に浮いた状態に支持する。操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３をＳＯＩ基板１０の表面Ｓｉ層に一体的に形成することで、微細で可動範囲の広い光軸調整機構を得ることができ、光軸調整範囲が広く、小型化された光モジュール１が得られる。

バンク１４は、ＳＯＩ基板１０のＳｉ基板表面から高くなった凸部である。例えば、ＳＯＩ基板１０の表面を削って素子部１２、操作レバー１１及び支持ばね１３を形成する一方で、バンク１４はＳＯＩ基板１０にて表面を削らずに残すことで形成される。バンク１４には、操作レバー１１の長手方向（ｚ軸方向）に沿った側面に向き合う段差面を有した部分であるレバー対向部分１４ａが設けられる。

図２に示すように本実施形態では、支持ばね１３は、操作レバー１１と異なる方向に延びている。すなわち、操作レバー１１は後述する調整前の状態では基本的にｚ軸方向に延びているのに対して、支持ばね１３の伸縮し易い方向はｘ軸方向である。また、支持ばね１３は素子部１２から見てｘ軸の正方向側と負方向側とにそれぞれ設けられ、また、バンク１４も操作レバー１１から見てｘ軸の正方向側と負方向側とにそれぞれ設けられる。具体的には、２つのバンク１４はそれぞれ、ｚ座標に関し、素子部１２の辺りからハンドル１１ａの辺りまでｚ軸方向に延在したレバー対向部分１４ａを有する。２つのレバー対向部分１４ａはそれらの間に操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３を挟んで対向配置される。各バンク１４の素子部１２側の端部は、支持ばね１３の素子部１２とは反対側の端部とつながる。

ＳＯＩ基板１０にて操作レバー１１、素子部１２、支持ばね１３及び、バンク１４の支持ばね１３の接続点からレバー対向部分１４ａにかけては、ＳＯＩ基板１０の平面視にて湾形状に連なる段差を形成する。この段差によって、ＳＯＩ基板１０の表面には湾形状に囲まれた凹部である貯留部１５が形成される。なお、本実施形態では貯留部１５は、操作レバー１１から見てｘ軸の正方向側と負方向側とにそれぞれ形成される。当該凹部の底面は基本的にＳｉ基板表面の高さを有する。

光モジュール１は貯留部１５に流し込まれ硬化された接着剤１６を有する。接着剤１６は操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３をＳＯＩ基板１０に対して固定する。例えば、接着剤１６は紫外線硬化樹脂やはんだである。

図１に示すように、素子部１２は鏡面１２ａを有し、鏡面１２ａと光導波路３０との間の第１光路と、鏡面１２ａとアレイ型半導体レーザ素子２０との間の第２光路とが重ならないように、鏡面１２ａは斜め上方を向いている。これにより、アレイ型半導体レーザ素子２０からｙ軸に関して負の方向に出射されたレーザ光は、ｚ軸に関して正の方向に反射されて光導波路３０に入射する。素子部１２は小型化が容易であり、操作レバー１１の先端に素子部１２を設けることで、操作レバー１１にボールレンズ等の他の光学部品を設ける場合と比較して、光軸調整機構を小型化でき、光モジュール１を小型化できる。また、素子部１２と光導波路３０との距離を短くすることができ、光モジュール１を小型化できる。なお、本実施形態に係る素子部１２の鏡面１２ａは、法線方向がｙ−ｚ平面内に収まる平面だが、湾曲面であってもよいし、法線方向がｙ−ｚ平面から外れる平面であってもよい。

支持ばね１３は、素子部１２が少なくとも２軸に沿った移動又は回転によって向きを変えられるように、素子部１２とＳＯＩ基板１０を連結する。具体的には、支持ばね１３は、素子部１２がｘ軸、ｙ軸及びｚ軸に沿って移動できるように設けられている。また、支持ばね１３は、素子部１２がｘ軸、ｙ軸及びｚ軸を中心として回転できるように設けられている。このように、素子部１２が、少なくとも２軸に沿った移動又は回転によって向きを変えられることで、レーザ光が光導波路３０に結合するように光軸を調整することができる。また、アレイ型半導体レーザ素子２０から出射される複数のレーザビームごとに、独立して光軸調整機構が設けられることで、全ての光導波路３０について光結合を最適化することができる。なお、本実施形態に係る支持ばね１３は、弾性変形するものであるが、塑性変形するものであってもよい。また、支持ばね１３のばねの段数や幅を調整することで、素子部１２を変位させるのに必要となる外力の大きさ及び素子部１２の保持力を適宜調整することができる。

操作レバー１１は、素子部１２から、光導波路３０への接近を避ける方向に延びている。具体的には、操作レバー１１は、ｚ軸に関して負の方向に延びている。言い換えると、操作レバー１１は、光導波路３０の延伸方向と同じ方向に延びている。操作レバー１１が光導波路３０への接近を避ける方向に延びていることで、操作レバー１１の可動範囲が広く確保され、アレイ型半導体レーザ素子２０等との干渉が無い位置で操作レバー１１を操作できるため、光軸調整機構の調整可能範囲及び操作性が良好となる。

バンク１４は上述の操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３を含む光軸調整機構の各部の調整時における動きを妨げない位置に配置され、貯留部１５の周りの湾形状の段差の一部を構成する。

貯留部１５は光軸調整機構の固定のために流し込まれる接着剤１６を溜める機能を有し、当該機能に関し、バンク１４は接着剤１６の流出を阻止するダムとしての働きを有する。すなわち、バンク１４は貯留部１５内の接着剤１６が光軸調整機構から遠ざかる方向へ広がることを妨げ、光軸調整機構に十分な接着剤１６が付着した状態を維持する。

また、貯留部１５は、操作レバー１１のハンドル１１ａ側の端部の近傍に、硬化前の接着剤１６の流出を阻止する流出阻止部を有する。貯留部１５となる凹部を形成する操作レバー１１、素子部１２、支持ばね１３及びバンク１４からなる段差は湾形状であり、当該湾形状の開口部には段差が存在しない。流出阻止部は、当該開口部から接着剤１６が流出しにくくする働きを有する。

本実施形態においてバンク１４の一部が流出阻止部１４ｂを構成する。流出阻止部１４ｂは平面視にて、レバー対向部分１４ａの開口部近傍の位置から、操作レバー１１の端部であるハンドル１１ａに向けて突き出した凸部である。例えば、流出阻止部１４ｂは平面視にて、ｚ軸方向に延びるレバー対向部分１４ａの端部からｘ軸方向に延び、ｚ軸方向の幅が一定の形状とすることができる。

流出阻止部１４ｂは湾形状の凹部の開口部を狭め、接着剤１６が貯留部１５から流出しにくくする。また、流出阻止部１４ｂは専ら湾形状の間口を狭め、湾形状の奥は基本的に狭めないように構成され、これにより、貯留部１５内に光軸調整機構の固定に十分な量の接着剤１６を溜めることを可能とする。

図３は光モジュール１のＳＯＩ基板１０における１つの光軸調整機構に関する部分の模式的な上面図である。調整前の状態では操作レバー１１は基本的には上述したようにｚ軸方向に延在し、図３（ａ）はこの状態を示しており、操作レバー１１はｚ軸方向に沿った位置３１ａにある。一方、調整により操作レバー１１は動かされ、ｚ軸に対して角度をなし得、図３（ｂ）はこの状態の一例を示している。

ここで便宜上、図３（ａ）の状態での操作レバー１１の中心軸をｚ軸とし、光軸調整機構においてｘ座標が負の側（図３において位置３１ａより上側）を右側とし、逆にｘ座標が正の側（図３において位置３１ａより下側）を左側と定義する。図３（ｂ）では、ハンドル１１ａが位置３１ａより左側に動かされ、操作レバー１１は素子部１２を中心として時計回りの方向に回転している。

図４は図３のＩＶ−ＩＶ線でのＳＯＩ基板１０の部分断面図であり、図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ図３（ａ），（ｂ）に対応する垂直断面図である。ここで、ＳＯＩ基板１０のＳｉ基板１０ａの表面を高さの基準、つまり高さ０として、操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３の下面、上面の高さをそれぞれＨ_Ｄ，Ｈ_Ｕと表す。また、例えば、操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３の側面での接着剤の表面の高さをＨ_Ｓと表す。ちなみに、ＳＯＩ基板１０をエッチングして操作レバー１１やバンク１４を形成する場合、例えば、ＳＯＩ基板１０の絶縁層の厚みがＨ_Ｄに対応し、また、表面Ｓｉ層の表面の高さがＨ_Ｕに対応し得、そして、バンク１４の高さは基本的にＨ_Ｕとなり得る。

本実施形態では、光軸調整機構の平面視の形状は、位置３１ａの操作レバー１１のｚ方向に沿った中心軸に対して線対称としており、操作レバー１１、素子部１２、支持ばね１３及びバンク１４は上述の左右の定義において基本的に左右対称（図３にて上下対称）である。この場合、操作レバー１１が位置３１ａにある調整前の状態では、右側の貯留部１５Ｒと左側の貯留部１５Ｌとは基本的に同じ大きさであり、それらには基本的に同量の接着剤１６が注入される。これは図４（ａ）では、左右の貯留部１５にて接着剤１６の高さＨ_Ｓが同じ高さＨ_Ｓ０になることに表されている。Ｈ_Ｄは本実施形態では２μｍ程度であるが、これに限定されるものではなく、使用する接着剤の種類や他の構造物との位置関係に応じて適宜選択して構わない。

図３（ａ），図４（ａ）の状態から、操作レバー１１が動かされ位置３１ｂに移動すると、右側の貯留部１５Ｒは広くなり、左側の貯留部１５Ｌは狭くなる。その結果を、図４（ｂ）では、右側の貯留部１５Ｒでは接着剤１６が広がり図４（ａ）に示す状態より高さが低くなり、左側の貯留部１５Ｌでは接着剤１６が寄せ集められ図４（ａ）に示す状態より高さが高くなる様子として表している。このときの右側でのＨ_ＳをＨ_Ｓ−、また左側でのＨ_ＳをＨ_Ｓ＋と表しており、Ｈ_Ｓ＋＞Ｈ_Ｓ０＞Ｈ_Ｓ−となる。なお、接着剤の粘性が低い場合や操作レバー１１の位置変動が少ない場合等は、操作レバー１１側面の接着剤の高さは経時的に変化して左右でほぼ同等となる場合もあるが、ここではレバー位置変動直後の状態を示している。

ここで、レバー対向部分１４ａ又は流出阻止部１４ｂを有さない光軸調整機構の構造を比較例とし、レバー対向部分１４ａ及び流出阻止部１４ｂを含むバンク１４を有する本実施形態の光軸調整機構の構造と当該比較例とを対比する。

比較例では、操作レバー１１の近傍に注入された接着剤は操作レバー１１から見て外側へ伸展し易く、厚い接着剤層を形成しにくい。そのため、操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３と接着剤との接触面積が小さくなり、それらの固定が不十分になり易い。ここで、操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３の側面と接着剤との接触面積Ｓ_Ｃは、大まかにはＨ_Ｓ−Ｈ_Ｄに比例すると考えることができる。よって、接着剤層が薄くＨ_Ｓが小さくなるとＳ_Ｃが小さくなり、接着強度が低くなり得る。特に、操作レバー１１の移動方向とは逆側（例えば、操作レバー１１を左側に動かした場合、操作レバー１１の右側）でのＨ_Ｓは、操作レバー１１の移動前における値Ｈ_Ｓ０より小さい値Ｈ_Ｓ−となり、さらに接着強度が低下し得る。

これに対し、バンク１４を設け貯留部１５を備えた本実施形態の光軸調整機構では、接着剤１６の厚みはバンク１４の高さ（例えばＨ_Ｕ）に応じて大きくすることが可能であり、接触面積Ｓ_Ｃの増加を図ることができる。

また、貯留部１５は操作レバー１１の移動に対する接着剤１６の厚みの変化を小さくするバッファとしての機能を有し、操作レバー１１の位置に依らず十分な接着強度が得られる接触面積Ｓ_Ｃを確保することを可能とする。

例えば、操作レバー１１が中心にある図３（ａ），図４（ａ）の状態での貯留部１５Ｌ，１５Ｒの面積をＡ_０とし、操作レバー１１を左側に最大限に移動させた状態での貯留部１５Ｌ，１５Ｒの面積をそれぞれＡ_０−ΔＡ，Ａ_０＋ΔＡとする。そして、貯留部１５に注入した接着剤１６の面積は貯留部１５の面積に比例すると仮定し、また操作レバー１１を左側に最大限に移動させた状態での貯留部１５Ｌ，１５Ｒそれぞれでの接着剤１６の高さＨ_ＳをＨ_Ｓ０＋ΔＨ，Ｈ_Ｓ０−ΔＨとすると、近似的には、
ΔＨ／Ｈ_Ｓ０＝ΔＡ／Ａ_０ ………（１）
となる。接着剤１６の高さの上限はＨ_Ｕ以下とすることが好ましい。よって、
Ｈ_Ｓ０＋ΔＨ≦Ｈ_Ｕ ………（２）
である。また、十分な接着強度が得られる接触面積Ｓ_Ｃを与える接着剤１６の高さの最小値をＨ_Ｌと表すと、
Ｈ_Ｓ０−ΔＨ≧Ｈ_Ｌ ………（３）
である。（２）式，（３）式から
ΔＨ≦（Ｈ_Ｕ−Ｈ_Ｌ）／２ ………（４）
が得られる。

ここで、（１）式を用いて（２）式，（３）式からＨ_Ｓ０を消去すると、ΔＨの上限及び下限がΔＡ／Ａ_０の関数として表される。それらの関数の性質から、当該上限及び下限が等しくなるときΔＨは最大値となり、また、このときΔＡ／Ａ_０も最大値をとることが分かる。このことは、或るΔＡに対しＡ_０が小さい、つまりΔＡ／Ａ_０が大きいほど、貯留部１５の上述のバッファとしての効果は小さくなって操作レバー１１の左右での接着剤１６の高さの差（２ΔＨ）が大きくなることから直感的にも理解される。ΔＨの最大値は（４）式右辺で与えられる値であり、ΔＡ／Ａ_０の最大値は、（Ｈ_Ｕ−Ｈ_Ｌ）／（Ｈ_Ｕ＋Ｈ_Ｌ）である。

つまり、バッファ機能を実現する上では、想定されるΔＡに対し、貯留部１５の面積Ａ_０を、
ΔＡ／Ａ_０≦（Ｈ_Ｕ−Ｈ_Ｌ）／（Ｈ_Ｕ＋Ｈ_Ｌ） ………（５）
を満たすように設定することが好適である。一方、貯留部１５を含む光軸調整機構のサイズを小さくし光モジュール１の小型化を図る上では、Ａ_０は小さい方がよい。よって、例えば、Ａ_０は（５）式にて等号が成立する値である、ΔＡ・（Ｈ_Ｕ＋Ｈ_Ｌ）／（Ｈ_Ｕ−Ｈ_Ｌ）に設定することができる。

図３（ｂ），図４（ｂ）の状態では、貯留部１５のバッファ機能により、操作レバー１１の貯留部１５Ｒに面する側面と接着剤１６との接触面積Ｓ_Ｃが確保され、接着剤１６の操作レバー１１への安定した付着状態が実現される。

一方、貯留部１５Ｌでは、操作レバー１１の左側への移動量が大きい程、接着剤１６が高まり、外へ広がろうとする力も大きくなる。しかし、操作レバー１１が左側へ移動するほど、流出阻止部１４ｂと操作レバー１１との距離が近くなり、貯留部１５Ｌの開口部が狭まるので接着剤１６が流出しにくくなる。つまり、貯留部１５の面積Ａ_０はバッファ機能が得られる程度には大きくしなければならないところ、流出阻止部１４ｂを設けることで、接着剤１６の貯留部１５からの流出を防ぎつつＡ_０を大きくすることが可能である。

この観点で、操作レバー１１の端部に位置するハンドル１１ａから流出阻止部１４ｂの凸部先端までの距離を、操作レバー１１におけるハンドル１１ａ以外の箇所からレバー対向部分１４ａまでの距離より小さくすることで、開口部は狭くしつつ、貯留部１５の面積を確保することができる。なお、流出阻止部１４ｂは、調整により移動される操作レバー１１と干渉しない位置に設けられる。

ちなみに、支持ばね１３とＳｉ基板との間には隙間が存在するが当該隙間は狭いため、この隙間が貯留部１５の接着剤１６を溜める機能に与える影響は小さいものと考えることができる。

なお、本実施形態に係るアレイ型半導体レーザ素子２０は、ＳＯＩ基板１０に平行な方向に光共振器２１を備えたレーザに、ＳＯＩ基板１０に垂直な方向に発振光を出射させる鏡面２２を有しているタイプであるが、これに限定されない。例えば、ＳＯＩ基板１０に垂直な方向に光共振器を備え、ＳＯＩ基板１０に垂直な方向に発振光を出射する所謂ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）を用いてもよい。さらには、ＳＯＩ基板１０に平行な方向に光共振器を備え、ＳＯＩ基板１０に平行な方向に発振光を出射する端面出射型レーザを用いてもよい。なお、端面出射型レーザを用いる場合は、出射端面側をＳＯＩ基板１０に対向するように配置し、該出射端面と鏡面１２ａとの間に集光レンズを別に設ける等の配置が好ましい。また、本実施形態に係るアレイ型半導体レーザ素子２０は、波長がおおよそ１３１０ｎｍであるレーザ光を発振するものであるが、レーザ光の波長は、光通信において通常用いられる１．３μｍ帯のその他の波長又は１．５５μｍ帯の波長であってもよい。

なお、素子部１２の鏡面１２ａは、４５°の面としてもよいし、Ｓｉ表面層に異方性ウェットエッチングを施すことにより４５°以外の面としてもよい。シリコンの場合、水酸化カリウムによるウェットエッチングで傾斜角が約５４°の結晶面を形成することができる。その場合、例えば出射光をｙ軸から光共振器２１の端面側に約１８°傾ければ、鏡面１２ａで反射された光の光軸をＳＯＩ基板１０とほぼ平行とすることができる。

図５は、本発明の実施形態に係る光モジュール１の製造方法における調整工程を示す上面図である。本実施形態に係る光モジュール１の製造方法では、既に述べたように、ＳＯＩ基板１０に操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３を一体的に形成する工程が行われる。またこの工程とは別に、光信号を発振又は受信する光素子として本実施形態ではアレイ型半導体レーザ素子２０を準備する工程と、光信号を伝送するための光導波路３０を準備する工程とが行われる。なお、レーザ光を集光するレンズ２３は本実施形態ではアレイ型半導体レーザ素子２０に集積されて形成されているが、これに限定されず別体としてレンズ２３を用意しても構わない。次に、これらを図１，図２で示すような形態となるように組み立てる。また、この組み立てが完了するまでのいずれかの時点で、貯留部１５に接着剤１６を配置する工程が行われる（接着剤配置工程）。接着剤１６が紫外線硬化樹脂の場合、貯留部１５に注射器状の注入器で液状の紫外線樹脂を注入する。接着剤１６がはんだの場合、貯留部１５にはんだボールを投入してから加熱して溶融状態とするか、あらかじめＳＯＩ基板上にはんだパターンを作成しておき、加熱することで溶融状態とする。なお、本明細書においては接着剤を溶融状態として配置することを注入と表現しており、上記のとおり言葉通り流動のある接着剤を注入することだけではなく、はんだのような加熱をして溶融状態とするものを用いる場合も含めて注入と表現している。いずれにしても操作レバー１１を動かして光軸調整を行う工程においては、接着剤１６は流動性を維持した状態としておく。本発明では接着剤１６が紫外線硬化樹脂やはんだである例を挙げているが、これに限定されるものではなく、調整工程時に流動性を有し、調整工程後に固定が維持できる材料であれば代わりのものを用いても構わない。

組み立て後、調整工程が行なわれる。調整工程は、操作レバー１１により素子部１２の位置又は向きを操作し、素子部１２の鏡面１２ａで反射されたレーザ光の進行方向を調整する工程であり、貯留部１５内の接着剤１６の流動性を維持したまま行われる。例えば、接着剤１６が紫外線硬化樹脂である場合は、紫外線がカットされた環境で調整工程が行われる。また、接着剤１６にはんだを用いる場合は、ヒーター等で加熱してはんだの溶融状態を維持する。

図５に示す例では、光軸の向きがｙ軸を中心として角度θだけ回転させられ、第１の方向Ｐ１から第２の方向Ｐ２に変えられている。調整工程によって、前工程においてアレイ型半導体レーザ素子２０や光導波路３０の取付け位置に誤差が生じた場合であっても、光信号が光導波路３０に確実に光結合され、光信号の損失を低減して伝送することができる光モジュール１が得られる。

調整工程において、素子部１２の向きは、素子部１２が配置される位置を基準として光導波路３０の反対側に位置する操作レバー１１の端部（ハンドル１１ａ）に外力を加えることで操作する。ハンドル１１ａは、マニピュレータにより把持したり、鈎をかけたりすることができるものであってよい。ハンドル１１ａに加えられる外力は、マニピュレータにより直接加えられる接触力であってよい。もっとも、ハンドル１１ａに加えられる外力は、静電気力等の遠隔力であってもよい。

調整工程後、接着剤１６を硬化させて、素子部１２と共に、素子部１２につながる可動部である操作レバー１１及び支持ばね１３をＳＯＩ基板１０に対して固定する接着剤硬化工程が行われる。これにより、素子部１２の位置及び向きは調整された状態に固定され、アレイ型半導体レーザ素子２０からの各レーザ光が確実に光導波路３０に光結合した光モジュール１が得られる。また、操作レバー１１及び支持ばね１３が固定されることで、例えば、それらの振動が防止されるので、当該振動が素子部１２に伝わり光結合に悪影響を与えることが防止される。なお、固定は操作レバー１１の一部だけであってもよいが、安定的に固定するためには操作レバー１１の全体、できればハンドル１１ａに近いところから支持ばね１３を含む領域を固定することが好ましい。

図２に示す構成では、支持ばね１３が操作レバー１１と異なる方向に延在されている。これにより、支持ばね１３の伸縮し易い方向と操作レバー１１の延伸する方向とが直交することになり、素子部１２の可動範囲が広がる。また、操作レバー１１の左右に貯留部１５が設けられているため、操作レバー１１を左右両方から固定することができ、操作レバー１１の固定強度が増す。

また、本実施形態に係る光モジュール１において、支持ばね１３の支点は、素子部１２と光導波路３０との間には設けられず、素子部１２から光導波路３０に接近しない方向であるｘ軸方向に離れたバンク１４に設けられる。これにより、素子部１２と光導波路３０との間の距離を縮めることができ、光モジュール１を小型化できる。なお本実施形態では支持ばね１３を「ばね」と呼称したが、これはその機能を表現しているに過ぎず、弾性的に素子部１２を可動であれば所謂ばね形状である必要はなく、何かしらの弾性体であってもよい。

（第１の変形例）
図６は、第１の実施形態の第１の変形例に係る光モジュール１Ａの光軸調整機構を示す上面図である。なお、同図において貯留部１５内の接着剤１６は図示を省略している。

上記第１の実施形態の光モジュール１の各光軸調整機構は平面視にて、ｚ軸に沿った操作レバー１１を中心に両側に対称の構造を有していたが、本変形例の光軸調整機構はその片側からなる構造である。つまり、本変形例では、支持ばね１３及びバンク１４は１つであり、素子部１２はそのｘ軸方向の片側のみを支持ばね１３で支持される。支持ばね１３は片側だけであるが、貯留部１５があることで十分に接着剤１６を配置することができるために、操作レバー１１の固定性は十分に確保することができる。

本変形例のように、操作レバー１１の片側のみに支持ばね１３やバンク１４、貯留部１５を設けることで、第１の実施形態と比べてさらに光軸調整機構を小型化することができ、アレイ化した場合に光モジュール１Ａ全体を小型にすることができる。

（第２の変形例）
図７は、第１の実施形態の第２の変形例に係る光軸調整機構を示す上面図である。なお、同図において貯留部１５内の接着剤１６は図示を省略している。本変形例の特徴は、流出阻止部１４ｂの形状にあり、その形状を上記第１の変形例と同様、片側支持の構成にて図示しているが、第１の実施形態の両側支持の構成の２つのバンク１４の流出阻止部１４ｂについても本変形例の形状とすることができる。

本変形例の流出阻止部１４ｂは貯留部１５の内側に面する段差１４ｃを図７にて斜めに形成されている。例えば、流出阻止部１４ｂは平面視にて、ｚ軸方向の幅がバンク１４側から操作レバー１１側に向けて狭まる形状であり、これに対応して、貯留部１５は、ｘ座標が流出阻止部１４ｂの先端での位置からレバー対向部分１４ａ側に向けて移動するにつれてｚ軸方向の幅が狭まる形状を有する。

（第３の変形例）
図８は、第１の実施形態の第３の変形例に係る光軸調整機構を示す上面図である。なお、同図において貯留部１５内の接着剤１６は図示を省略している。本変形例の特徴は、流出阻止部１４ｂの形状にあり、その形状を上記第１の変形例と同様、片側支持の構成にて図示しているが、第１の実施形態の両側支持の構成の２つのバンク１４の流出阻止部１４ｂについても本変形例の形状とすることができる。本変形例の流出阻止部１４ｂは先端に貯留部１５の内側に向かう突起１４ｄを有する。第１の実施形態と比べて接着剤の流れに対して流出阻止部に返し（１４ｄ）を有しているため、バンク１４からの接着剤流出防止効果を高めることができる。

（第４の変形例）
図９は、第１の実施形態の第４の変形例に係る光軸調整機構を示す上面図である。なお、同図において貯留部１５内の接着剤１６は図示を省略している。

本変形例では、バンク１４に支点を有し素子部１２を支持する支持ばね１３がｚ軸方向に沿って配置される。具体的には、操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３がｚ軸に沿って１つの線上に配置される。また、素子部１２と操作レバー１１との間にばね１７を配置してもよい。バンク１４は操作レバー１１の両側に配置され互いに対向するレバー対向部分１４ａと、各レバー対向部分１４ａの一方端部の流出阻止部１４ｂと、２つのレバー対向部分１４ａの他方端部間をつなぐ連結部１４ｅとを有する。支持ばね１３の支点は連結部１４ｅに設けられる。

第１〜第３の変形例のように、操作レバー１１の片側のみに貯留部１５を設ける構成にて、操作レバー１１、素子部１２及び支持ばね１３を直線上に一列に配置する構成とすることもできる。

（第５の変形例）
図１０，図１１は、第１の実施形態の第５の変形例に係る光軸調整機構を示す上面図である。なお、同図において貯留部１５内の接着剤１６は図示を省略している。本変形例の特徴は、貯留部１５の湾形状をなす側面に凹凸１８を有する点にある。例えば、図１０の構成では操作レバー１１の側面にフィン構造の凹凸を有する。また、図１１の構成ではレバー対向部分１４ａの側面にフィン構造の凹凸を有する。凹凸はその凹部に接着剤１６が入り込む形状、サイズに形成され、これにより接着剤１６の付着面積が増え、接着剤１６を硬化したときの強度が増加する。

なお、図１０，図１１では、第１の変形例と同様、片側支持の構成にて図示しているが、第１の実施形態の両側支持の構成についても本変形例の特徴を適用することができる。

［第２の実施形態］
以下、第２の実施形態について、基本的に第１の実施形態との共通点は説明を省略し、相違点に焦点を当てて説明する。

図１２は第２の実施形態に係る光モジュール１Ｂの模式的な上面図である。なお、同図において貯留部１５内の接着剤１６は図示を省略している。光モジュール１Ｂが上述の第１の実施形態と基本的に異なる点は、流出阻止部１９にある。第１の実施形態の流出阻止部１４ｂはバンク１４の一部であり、Ｓｉ基板表面に段差を形成する凸部であった。これに対し、流出阻止部１９は、貯留部１５の開口部、つまり、操作レバー１１、素子部１２、支持ばね１３及び、支持ばね１３の接続点からレバー対向部分１４ａにかけてのバンク１４が形成する段差が平面視にて形成する湾形状における開口部に形成され、当該開口部よりも湾形状内に入り込んだ貯留部１５の内部領域と比較して接着剤１６に対するぬれ性が低い基板表面である。

本実施形態では流出阻止部１９は、Ｓｉ基板にて、ｚ軸に沿った位置にある操作レバー１１のハンドル１１ａとレバー対向部分１４ａの開口部近傍の位置とを結ぶ帯状の領域に形成される。

上述したように操作レバー１１の移動により貯留部１５の面積が小さくなると、接着剤１６が高まり、外へ広がろうとする力も大きくなる。そこで、流出阻止部１９は、操作レバー１１の移動により面積が小さくなる状態での貯留部１５の開口部を閉じるような位置、形状、幅の領域に形成するのが好適である。また、より好適には、流出阻止部１９は、操作レバー１１の移動により面積が大きくなる状態での貯留部１５の開口部を閉じるような位置、形状、幅の領域に形成する。

例えば、流出阻止部１９は接着剤１６に対する離型剤を当該領域に選択的に付着して形成される。付着は蒸着や塗布などの手法により行われる。

第１の実施形態の第１〜第５の変形例において流出阻止部１４ｂに代えて、流出阻止部１９を設ける構成とすることもできる。また、第１の実施形態及びその各変形例におけるバンク１４の流出阻止部１４ｂを備えた貯留部１５の開口部に流出阻止部１９を形成することもできる。

［第３及び第４の実施形態］
本発明の特徴は主として光軸調整機構にあり、それ以外の部分、特にＳＯＩ基板１０以外の部分の構成は上述の実施形態に限定されない。図１３，図１４はその例を示す実施形態である。

図１３は、第３の実施形態に係る光モジュール１Ｃを示す側面図である。光モジュール１Ｃは、素子部１２の鏡面１２ａと光導波路３０との間に、光アイソレータ４０をさらに備える。光アイソレータ４０は、ｚ軸の正方向に進行する光を通過させるが、ｚ軸の負方向に進行する光は遮断する。そのため、アレイ型半導体レーザ素子２０への戻り光が抑制される。

また、光モジュール１Ｃにおいて、アレイ型半導体レーザ素子２０と一体に形成されたレンズは、コリメートレンズ２４である。コリメートレンズ２４は、鏡面２２で反射された発散光を平行光に変換して鏡面１２ａに入射させる。そのため、光アイソレータ４０には、平行光が入射する。

光アイソレータ４０と光導波路３０との間には、集束レンズ４１が設けられる。集束レンズ４１は、光アイソレータ４０を通過した平行光を集束させ、光導波路３０に光結合させる。第１の実施形態では、支持ばね１３とＳＯＩ基板１０との接合部は、光導波路３０側になく、鏡面１２ａと光導波路３０との間には何もない空間が設けられている。そのため、本実施形態で示すように、この空間に光アイソレータ４０等を配置することができ、かつ光モジュール全体のサイズが大幅に大きくなることを防止することができる。

図１４は、第４の実施形態に係る光モジュール１Ｄの側面図である。光モジュール１Ｄは第１の実施形態のアレイ型半導体レーザ素子２０に代えて光素子としてアレイ型半導体受光素子５０を有する。アレイ型半導体受光素子５０は、光導波路３０によって伝送され、素子部１２の鏡面１２ａによって反射された光を受光し、光信号の内容を読み取る素子である。アレイ型半導体受光素子５０には、レンズ５１が一体的に形成され、鏡面１２ａで反射された発散光を集束させて受光する。

光モジュール１Ｄの製造方法では、調整工程において、操作レバー１１により素子部１２の向きを操作し、鏡面１２ａで反射された光の進行方向を調整して、光がアレイ型半導体受光素子５０に光結合するように調整される。このようにして、アレイ型半導体受光素子５０や光導波路３０の取付け位置に誤差が生じた場合であっても、光信号がアレイ型半導体受光素子５０に確実に光結合され、光信号の損失を低減して読み取ることができる光モジュール１Ｄが得られる。

これら第３、第４の実施形態においても、ＳＯＩ基板１０に形成される光軸調整機構は第１の実施形態及びその変形例、並びに第２の実施形態で説明した構成のいずれかと同様の構成とすることができる。

１ 光モジュール、１０ ＳＯＩ基板、１１ 操作レバー、１１ａ ハンドル、１２ 素子部、１２ａ，２２ 鏡面、１３ 支持ばね、１４ バンク、１４ａ レバー対向部分、１４ｂ，１９ 流出阻止部、１５，１５Ｒ，１５Ｌ 貯留部、１６ 接着剤、１７ ばね、２０ アレイ型半導体レーザ素子、２１ 光共振器、２３，５１ レンズ、２４ コリメートレンズ、３０ 光導波路、４０ 光アイソレータ、４１ 集束レンズ、５０ アレイ型半導体受光素子。

Claims (9)

1. 第１及び第２の光伝送路を光結合する光学素子を備え基板の表面の上部に配置された素子部と、
   一方端を前記素子部に接続されて前記基板表面上部に延在され、前記素子部を前記基板表面上にて動かす際に操作される操作レバーと、
   前記基板表面から高くなった凸部であり、前記操作レバーの長手方向側面に向き合う段差面を有したレバー対向部分を含むバンクと、
   両端を前記素子部と前記バンクとに接続され前記素子部を支持する支持ばねと、
   前記操作レバー、前記素子部、前記支持ばね及び、当該支持ばねの接続点から前記レバー対向部分にかけての前記バンクにより平面視にて湾形状に囲まれた前記基板上の凹部である貯留部と、
   前記貯留部に溜められ、前記操作レバーを前記基板に対して固定する接着剤と、
   を有し、
   前記貯留部は、前記操作レバーの他方端の近傍に、硬化前の前記接着剤の流出を阻止する流出阻止部を有し、
   前記貯留部は、少なくとも前記流出阻止部によって形成される開口部を有し、
   前記操作レバーの一部は前記開口部に設けられること、
   を特徴とする光モジュール。
2. 請求項１に記載の光モジュールにおいて、
   前記流出阻止部は、前記バンクの一部であって、平面視にて前記レバー対向部分から前記操作レバーの他方端に向けて突き出した凸部であること、を特徴とする光モジュール。
3. 請求項２に記載の光モジュールにおいて、
   前記操作レバーの前記他方端から前記流出阻止部の凸部までの距離は、前記操作レバーにおける前記他方端以外の箇所から前記レバー対向部分までの距離より小さいこと、を特徴とする光モジュール。
4. 請求項１に記載の光モジュールにおいて、
   前記流出阻止部は、当該開口部より前記湾形状内に入り込んだ内部領域と比較して前記接着剤に対するぬれ性が低い基板表面であること、を特徴とする光モジュール。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の光モジュールにおいて、
   前記操作レバー又は前記バンクは、前記貯留部に面する側面に凹凸を有すること、を特徴とする光モジュール。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の光モジュールにおいて、
   前記基板上に前記素子部が複数配列され、
   前記素子部ごとに、前記操作レバー、前記支持ばね及び前記貯留部が設けられていること、
   を特徴とする光モジュール。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の光モジュールにおいて、
   前記基板は、その表面に絶縁層と表面シリコン層とが順に積層されたシリコン基板であり、
   前記素子部、前記操作レバー、前記支持ばね及び前記バンクは、前記表面シリコン層に一体的に形成されていること、を特徴とする光モジュール。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の光モジュールにおいて、
   前記接着剤は紫外線硬化樹脂又ははんだであること、を特徴とする光モジュール。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の光モジュールを製造する方法であって、
   前記基板上に前記素子部、前記操作レバー、前記支持ばね、前記バンク及び前記貯留部を形成する工程と、
   前記接着剤を前記貯留部に配置する接着剤配置工程と、
   前記接着剤配置工程後、前記操作レバーを移動させて前記素子部の位置又は向きを調整する調整工程と、
   前記調整工程後、前記接着剤を硬化させて前記素子部、前記操作レバー及び前記支持ばねを前記基板に対して固定する工程と、
   を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。

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