JPH0411206A - 光電子集積デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
を集積一体止した微小光学（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アイバー
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
合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、少なくとも電気回路部品と；この電気回路部
品へ接続され、光信号と電気信号との変換を行う信号変
換器と；前記電気回路部品へ電気的に接続され、かつ基
板上の電気配線へ電気的に接続される電気端子と；前記
信号変換器と光軸合わせされ、かつ前記基板に設けられ
た先導波路の端面と光学的に結合される光端子とが設け
られた光電子集積デバイスに係るものである。

「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図は平板状透明誘電体であるガラス基板ｌＯ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
図は第１図の要部拡大断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ
線断面図である。

ガラス基板ｌＯ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１２
ｂ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−３３へと接
続される。この光コネクタ−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か主面３０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ｌＯ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ツション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の端面は一対のがイドピン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ｌ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。

次いでこの米麦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が内蔵されており、これらの各
個別部品が予め固定され、光軸合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、先導
波路１２内を伝播してきた光が端面１４から基板主面３
０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、この米表面実装
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ｌＯ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ｌＯμｍであり、クラツド径は約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Ｕ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１　ｍｏ＋程度のオーダーとしてよい。

第４図、第５図、第６図はそれぞれ他の光表面実装回路
を示す、第２図又は第３図と同様の要部拡大図である。

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、右側の一対の先導波路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である。

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図の例においては、ガラス基板ＩＯ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
ＩＯ内部で部分し、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ｌＯ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、ゴムクツション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、ミラ一部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、ミラ一部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図のものと同様である。

なお、第６図において、第１図の光電子集積デバイス５
０と同様にフランジ部２にガイドピンを設け、ガラス基
板１０の主面３０側に開口したガイド孔を設け、このガ
イドピンとガイド孔とを嵌合させることにより光電子集
積デバイス８０の位置決めを行ってもよい。

また、上述した第１図〜第５図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、ナツ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ｌＯへと
押しつけることができる。

第１図〜第６図においてゴムクツション８をゴムの代り
に樹脂等で形成してもよい。

（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図は光電子集積デバイスの実装状態を示す斜視図、 第２図は同じく要部断面図、 第３図は第２図の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、第６図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、　７．８５．８
７・・・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−３４・・・電気コネクター ５０、６０．８０・・・光電子集積デバイス第１図 第５図 第６図 第３図 手続補正書 平成２年５月１７日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、少なくとも電気回路部品と；この電気回路部品へ接
   続され、光信号と電気信号との変換を行う信号変換器と
   ；前記電気回路部品へ電気的に接続され、かつ基板上の
   電気配線へ電気的に接続される電気端子と；前記信号変
   換器と光軸合わせされ、かつ前記基板に設けられた光導
   波路の端面と光学的に結合される光端子とが設けられた
   光電子集積デバイス。