JPH06337319A - 光接続装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自由空間型光学系の集積化実装技術に関し、
光学系構成部品の表面実装することができる光接続装置
を提供することを目的とする。 【構成】 光透過性平板状基板の一方の面側に、１本の
光軸上に複数個のレンズと複数個の光線方向変更素子を
配列した光接続列を備え、かつ前記基板の他方の面上ま
たはその近傍の前記素子に対応する位置に、複数個の光
入出力面または光変換面を有するデバイスを備え、かつ
前記の光入出力面または光変換面のうち１面上の光情報
が前記基板を通過して、少なくとも２つの前記素子と少
なくとも１つの前記レンズを介して、他の前記光入出力
面または光変換面の１面に伝達されるような光接続装置
を作製した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光コンピューティン
グ，光情報処理，光インターコネクション，光交換，光
通信，光計測等の分野で幅広く作製される自由空間型
（フリースペース）光学系の集積化実装技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】フリースペース光インターコネクション
は、取扱える情報量とその並列性，接続の自由度などの
点で高い能力が期待されている。その反面、モジュール
化，実装に関わる多くの問題点を抱えている。

【０００３】具体的には、 各光学系構成部品に対するｘ，ｙ，ｚ，θｘ，θｙ，
θｚの６軸の精密アライメント調整が必要である 小型化が困難である 温度変化，振動などに対する信頼性を得るのが難しい バルキーな個別部品の組立によりモジュール化される
ため、半導体デバイス作製工程と比較して、自動化，標
準化が難しい などがその問題点として挙げられている。近年、これら
問題点の解決を狙ったフリースペース光学系の集積化実
装技術が、種々提案，研究されている。

【０００４】本発明者らも、このようなフリースペース
光学系集積化実装技術の１つとして、先に、屈折率分布
型ロッドレンズであるセルフォック（登録商標）レンズ
を用いた集積化光学系（Ｏｐｔｉｃａｌ ｂｕｓ ｉｎ
ｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ（以下、ＯＢ
ＩＳと略記する））を提案している。（例えば、Ｋ．Ｈ
ａｍａｎａｋａ；Ｏｐｔ． Ｌｅｔｔ． １６ （１９
９１） １２２２，Ｋ．Ｈａｍａｎａｋａ；Ｊｐｎ．
Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ３１（１９９２） １
６５６，特開平４−１３１８２０）。

【０００５】以下、図を用いて集積化光学系ＯＢＩＳに
ついて説明する。図１６はＯＢＩＳの基本概念図であ
る。ガラス基板を研削加工またはエッチングして得た溝
付き基板に、長尺のセルフォックレンズを配列固定した
後、ダイヤモンドブレードを用いて、光軸に垂直な溝を
等間隔に多数作製し（図３参照）、各溝内に等倍共役像
面が形成されるようにする（図１６（ａ））。

【０００６】実際には倒立等倍の結像系を、２個のセル
フォックマイクロレンズ（以下、ＳＭＬ（登録商標）：
ＳＥＬＦＯＣ（登録商標） Ｍｉｃｒｏ Ｌｅｎｓ）に
よるテレセントリック光学系として構成することによ
り、共役像面における軸外像点の主光線が光軸に平行に
なり、多段の画像伝送が可能になる。

【０００７】それと同時に、フーリエ変換面の使用も可
能になる（図１６（ｂ））。また、テレセントリック光
学系初段のフーリエ変換面に適当な絞りを設けることに
よって、結像面の明るさと解像度の均一性も得ることが
できる。

【０００８】この光学系は、屈折率分布型レンズで構成
され、すべての端面が平面であるため、挿入光部品の外
形を垂直溝の幅に合わせて作製すれば、各部品を端面に
接触させて挿入でき、ｚ，θｘ，θｙの３軸の調整が不
要になる（図１７）。さらに、適当な位置決め機構を設
けることにより面内の位置調整も省いて、アライメント
フリーな光マザーボードの実現可能性も考えられる。

【０００９】各ＳＭＬはもともと１本のセルフォックレ
ンズを切断して作製されるため、結像系における光軸の
完全な同軸性が確保できる。このため、例えば挿入部品
の位置ずれが起きた場合に、そのずれは結像系を伝搬し
ても増幅されることがなく、最初のずれのままである。
この光軸の同軸性が確保されていないと、ずれが生じた
場合には、結像系を伝搬していくとそのずれが増幅され
ることになってしまう。

【００１０】また、部品挿入時に屈折率のマッチングを
施すことにより、研削加工によるＳＭＬ端面の光散乱は
ほとんど無視できるレベルにすることができる。

【００１１】さらに、光路をすべてガラスで埋めて、一
体化することが可能であり、温度変化，機械振動，ゴミ
混入などに対する信頼性も確保できる。この場合は、溝
をすべてガラスで埋めたときに、等倍共役結像系が構成
されるように、垂直溝の間隔を設定することになる。

【００１２】ＳＭＬの同軸性に加え、結像がすべて屈折
をベースにしており、ホログラフィック光学素子（Ｈｏ
ｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ
（以下、ＨＯＥと略記する））などの回折デバイスを使
用しないため、像面の広い領域に対して高い解像度、す
なわち大きなスペースバンド幅積が期待できる。また、
波長分散が小さいため、波長多重伝送への応用可能性も
ある。

【００１３】ＯＢＩＳの基本コンセプトは、等倍共役結
像面とフーリエ変換面を多段多数列に備えた汎用光マザ
ーボードを提供し、各種用途に応じた光部品，光電子部
品を挿入して、アライメントフリーで高信頼，高分解能
のフリースペース光学系を集積化実装しようとするもの
である。

【００１４】図１８にＯＢＩＳに電子回路のボードを挿
入した例を示す（ａ）。例えば、このボードには空間光
変調デバイス，光スイッチアレイなど実装されている。
このほかにも、マイクロレンズアレイによる画素の１対
多（１ ｔｏ ｍ）接続素子や多対１（ｍ ｔｏ １）
接続素子（ｂ）、ＨＯＥを用いた画素序列の組替え素子
などを挿入して、２次元光情報間の遠方画素への接続も
含めた、複雑なインターコネクションが可能である。

【００１５】また、隣接するＳＭＬチャネル間をプリズ
ムなどにより接続して光のフィードバックループを構成
したり、マッハツェンダー干渉光学系を構成するなど、
より複雑な光学系への適用も考えられている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来技
術では、各光学系構成部品を、セルフォックマイクロレ
ンズ間の間隔に挿入固定するため、実装工程が複雑とな
る。また、半導体や電子回路の実装技術を利用しにく
く、低コスト化が図りにくいという問題がある。また、
装置の高さも高くなってしまい、コンパクト化に支障を
きたすことになる。

【００１７】本発明は、光学系構成部品の表面実装する
ことができる光接続装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明では、光透過性平
板状基板の一方の面側に、１本の光軸上に複数個のレン
ズと複数個の光線方向変更素子を配列した光接続列を備
え、かつ前記基板の他方の面上またはその近傍の前記素
子に対応する位置に、複数個の光入出力面または光変換
面を有するデバイスを備え、かつ前記の光入出力面また
は光変換面のうち１面上の光情報が前記基板を通過し
て、少なくとも２つの前記素子と少なくとも１つの前記
レンズを介して、他の前記光入出力面または光変換面の
１面に伝達されるように光接続装置を作製した。

【００１９】ここで、光透過性平板状基板とは、使用す
る光の波長に対して、それを透過する平行平面基板であ
り、例えばガラス基板やアクリル基板であったり、また
使用波長が１．３μｍ、または１．５μｍ程度であると
きには、シリコン基板であったりする。

【００２０】また、光入出力面とは、特定の平面状領域
に光入力部または光出力部を持つ光入出力デバイスのこ
とを指す。例えば、半導体レーザアレイ（面発光レー
ザ），ＬＥＤアレイ，光ディテクタアレイ，受光部ある
いは発光部を持つ光スイッチアレイや空間光変調デバイ
ス，光ファイバアレイ（ファイバアレイの端面が光入出
力面），光導波路の光結合部分などである。

【００２１】光変換面とは、その面に入射する光線、あ
るいは１次元または２次元の光情報の、強度，位相，波
面形状，伝播方向，偏光などを変換する面を備えたデバ
イスのことを指す。例えば、液晶空間光変調デバイス，
ホログラフィック光学素子，回折型光学デバイス（回折
格子，フレネルレンズなど），平板状マイクロレンズア
レイ，面型フィルタ（マッチトフィルタ，相関フィルタ
など）などのデバイスである。

【００２２】上述の本発明によって、互いに結像関係や
フーリエ変換関係にある複数の面の位置またはその近傍
に、各位置に対応した上記光デバイス類を表面実装固定
した光接続装置を構成することができる。

【００２３】

【作用】本発明の光接続装置によって、光入出力デバイ
ス，光スイッチアレイ，空間光変調デバイスなどの各光
学系デバイス部品が、平板状基板の１面上に表面実装可
能となり、かつ表面実装された各光学系デバイス部品間
での、１次元または２次元的な光情報の伝達が可能とな
る。

【００２４】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の一実施例を図１〜８を用い
て説明する。図１は本発明一実施例の装置断面図，図２
はその斜視図である。図３〜５は、本発明一実施例の作
製工程の途中を示した図である。図６は、図１の装置の
光結合列のうちの１つの光学ユニットの等価光学断面図
を示したものである。図７は、図１の装置の中のプリズ
ム６２の機能説明図，図８は、図１の装置の中の半導体
レーザアレイの表面実装されている様子を示す模式図で
ある。

【００２５】以下に、本発明による光接続装置の製造方
法について説明する。まず、図３において、研磨された
ガラス基板１１とカバーガラス基板１２の各々の一方の
面に、ダイヤモンドブレードを用いた研削加工によっ
て、例えば半円状や矩形の断面を持つレンズ配列用溝１
３を作製する。このレンズ配列用溝に、長尺の円柱状屈
折率分布型ロッドレンズ（以下、セルフォックロッドと
よぶ）２を配列した後、２枚のガラス基板を接着してセ
ルフォックロッド２とガラス基板１１，カバーガラス基
板１２とを一体化する。

【００２６】なお、このセルフォックロッド２は、中心
から外周にかけて半径方向にほぼ２乗分布で減少するよ
うな屈折率分布をもっており、屈折率勾配によってロッ
ド内の光線が内側に曲げられて凸レンズとして作用する
ものである。

【００２７】つぎに、接着一体化したガラス基板のカバ
ーガラス基板１２の面側から、ダイヤモンドブレード５
を入れて、カバーガラス基板１２の部分およびセルフォ
ックロッド２を切断し、かつガラス基板１１の一部分を
残した、矩形状の垂直溝４を複数本作製する（図４
（Ａ））。

【００２８】このとき、溝の両側面４１，４２および底
面４３は、表面粗さＲｍａｘで、数μｍ以下程度の平面
に仕上がるような番手を持つダイヤモンドブレード５
（研削部分：５１）を用いて研削加工される（図４
（Ｂ））。またこのとき、セルフォックロッド２は切断
されて、それぞれ個々のレンズとして作用するようにな
る（以下、個々のレンズをＳＭＬと記す）。

【００２９】さらに、これら矩形状垂直溝に、その内形
寸法を合致する正方体または立方体プリズム６を挿入固
定する（図５）。

【００３０】なおこのときに、前記研削加工によって若
干粗されたＳＭＬ端面における、光散乱を抑えるため
に、各プリズムの垂直溝と接触する面と、垂直溝の対応
する面（図４の４１，４２，４３）との間に、屈折率マ
ッチング材料７（例えば、セルフォックロッド，プリズ
ム，ガラス基板１１との屈折率がほぼ等しい（屈折率差
で０．１以下程度）透明接着剤樹脂など）を充填する屈
折率マッチング処理を施してもよい。

【００３１】なおプリズムは、ＳＭＬを伝幡した光線の
方向を、基板１１方向へ反射し通過させて、基板１１上
に位置する光デバイス８の機能面に光を入射させる、あ
るいはその逆に、光デバイス８の機能面から出射した光
線を反射させて、ＳＭＬに導くためのものである。した
がって、ＳＭＬの光軸に対して４５度の角度を持った反
射面を１面備えた正方体プリズム（例えば、図１の６
１，６３）や、互いに直交する４５度反射面を２面備え
た正方体プリズム（例えば、図１の６２）が考えられ
る。もちろん、プリズムの形状は、直方体や立方体であ
ってもよい。

【００３２】スペーサガラスを挿入する部分も、プリズ
ム挿入部分の溝と同様に、例えばダイヤモンドブレード
をもちいた研削加工によって作製できる。このときのけ
んさく幅は、図５のようなテレセントリック等倍共役結
像系を構成しようとする場合は、光入出力面とＳＭＬ端
面との距離の２倍となる。

【００３３】例えば、図９の光学系では機能面８１とＳ
ＭＬ２１との距離が８．１ｍｍである。したがって、ス
ペーサガラス１４の厚みは、その２倍で１６．２ｍｍと
している。（もちろん、基板，プリズム，スペーサの各
屈折率のちがいによって、その２倍の距離から多少ずら
す場合もある）。

【００３４】このスペーサガラスの厚みは、光学的な距
離として意味があるのであり、プリズムなどで光路が折
り曲げられるような場合には、そのトータルの光路長に
応じた厚みにすることはいうまでもない。

【００３５】また、光学系がテレセントリックになって
いないような場合には、スペーサガラスの光路長も先の
２倍とは異なる値となったり、あるいはスペーサガラス
を用いなかったりする場合もある。

【００３６】図１に、このようにして作製された光接続
装置の断面図を示す。接着一体化したガラス基板の垂直
溝４を作製した面と反対側の面上に、光デバイスの一例
である半導体レーザアレイ８１が表面実装固定されてい
る。

【００３７】まず、このアレイ８１から発した光線は、
ガラス基板１１に対して垂直方向に通過した後、プリズ
ム６１の４５度反射面で反射されて、その進行方向を９
０度を変え、ＳＭＬ２１に入射する。さらにこの光線
は、スペーサガラス１４，ＳＭＬ２２を通過した後、プ
リズム６２の４５度反射面（図７の６２１）で反射さ
れ、ガラス基板１１を通過してその表面に到達し、この
位置に表面実装された、反射型空間光変調デバイス８２
（光変換面の一例）に入射する。

【００３８】このとき、前記アレイ８１の発光面（すな
わち、光出力面）と、前記デバイス８２の入射面（すな
わち、光変換面）は、互いに等倍共役結像面の関係に配
置されており、また、ＳＭＬ２１とＳＭＬ２２による結
像光学系は、テレセントリック光学系となっている。

【００３９】すなわち、前記アレイ８１の光出力面なら
びに前記デバイス８２の変換面と、ＳＭＬ２１，２２お
よびプリズム６１，６２によって構成される光学系は、
図６に示した光学系と等価になっている。また、ＳＭＬ
２１とＳＭＬ２２との間にはスペーサガラス１４が、同
様に屈折率マッチングを施されて挿入固定されおり、こ
れも含めて図６と等価な光学系となっている。

【００４０】前記デバイス８２上に入射形成される、前
記アレイ８１の光出力面の等倍像において、その強度分
布の均一性を向上させるためには、スペーサガラス１４
を分割して空間を設け、そこに開口絞りを設けてもよ
い。これは、図６の開口絞り３１に対応する。

【００４１】以上のような構成により、前記アレイ８１
の発光パターンが前記デバイス８２上に結像され、２次
元（または１次元）光情報として伝達されることにな
る。

【００４２】さらに、前記デバイス８２によって、情報
が付与されて反射された光線は、再びプリズム６２の別
の４５度反射面（図７の６２２）で反射され、ＳＭＬ２
３，スペーサガラス１５，ＳＭＬ２４，プリズム６３を
介して、光ディテクタアレイ８３（光入力面）に入射す
る。

【００４３】このプリズム６２の部分を、図７を用いて
さらに詳しく説明する。図７に示すように、プリズム６
２の２つの４５度反射面は、共に偏光選択性を持ってい
る。例えば、プリズム６２に入射する光線がＰ偏光であ
る場合（Ｐ偏光にするには、半導体レーザの偏光方向を
この方向に合わせるか、または光路中に偏光板を挿入す
る）には、４５度反射面６２１はこのＰ偏光を反射し、
これと直交するＳ偏光を透過させる偏光選択膜とし、一
方の４５度反射面６２２は、逆にＳ偏光を反射させＰ偏
光を透過させる偏光選択膜としている。また、前記デバ
イス８２の変換面での処理の前後で、Ｐ偏光をＳ偏光に
変えるために、プリズム６２と面８２の間に１／４波長
板３２を挿入している。

【００４４】このような構成にすることによって、ＳＭ
Ｌ２２からプリズム６２に入射するＰ偏光の光線は、４
５度反射面６２１で前記デバイス８２の方向にすべて反
射され、１／４波長板３２を通って前記デバイス８２で
反射された後、再び１／４波長板３２を通ってＳ偏光と
なるため、今度は４５度反射面６２２ですべて反射され
て、ＳＭＬ２３の方向に伝播するようになる。

【００４５】さて、前記デバイス８２の変換面と、光デ
ィテクタアレイ８３の光入力面も、互いに等倍共役結像
面の関係に配置されている。

【００４６】つまり、図１の光学系は、前記アレイ８１
の機能面で表現された２次元（または１次元）光情報
に、前記デバイス８２の光変換面で表現された２次元
（または１次元）光情報をかけ算して、その結果を光デ
ィテクタアレイ８３の光入力面で光電検出する、といっ
た光学系となっている。

【００４７】図２は、以上のような構成をもつ光接続列
を、並列に複数列配置した例の斜視図である。なおこの
場合、配線や電子部品は省略されている。

【００４８】さらに、図８を用いて、図１の装置の中の
半導体レーザアレイの表面実装されている様子を説明す
る。ガラス基板１１のプリズム６１に対向する位置に半
導体レーザアレイ８１が固定される。

【００４９】前記アレイ８１の周辺には、各レーザデバ
イスへの信号入力などのための配線パッド８５が設けら
れており、ガラス基板１１表面上には、これに対応する
配線８６がパターニングされている。配線パッド８５
と、配線８６の配線パッド８５に対向する位置には、そ
れぞれ予め半田が成膜されており、加熱することによっ
て前記アレイ８１が所望の位置に表面実装固定すること
ができる。

【００５０】また、ガラス基板１１表面上には同様の表
面実装方法を用いて、半導体レーザアレイの駆動ＩＣ８
７が固定されている。

【００５１】配線８６のパターニングは、Ａｕ，Ｃｕ，
Ｎｉなどの金属を用いて、通常の電子回路基板で用いら
れているフォトリソグラフィの手法により容易に作製す
ることができる。図１では省略して描かれているが、反
射型空間光変調デバイス８２，光ディテクタアレイ８３
も同様の方法によって、表面実装固定されている。

【００５２】これら光入出力面あるいは光変換面（半導
体レーザアレイ８１，反射型空間光変調デバイス８２，
光ディテクタアレイ８３など）とガラス基板１１とは、
密着固定されていてもよいし、また若干の隙間があるよ
うな場合には、そこに屈折率のマッチング処理を施して
もよい。

【００５３】以上のような構成により、ガラス基板上に
半導体レーザアレイ，反射型空間光変調デバイス，光デ
ィテクタアレイ，およびその駆動回路，信号処理回路な
どを表面実装して、かつこれら光入出力面（光入出力デ
バイス），光変換面（光変換デバイス）の間の２次元
（または１次元）光情報のインターコネクションが実現
できる。

【００５４】以下に、具体的数値例について述べる。直
径４ｍｍのＳＭＬを用いて図１の光学系を構成する場合
の、基本結像ユニット（面８１と面８２との結像光学系
部分）各構成部分の具体的寸法の一設計例を図９を用い
て説明する。

【００５５】直径４ｍｍのセルフォックロッドを長さｚ
＝４．２ｍｍに切断した場合、焦点距離ｆ＝６．８ｍ
ｍ、空気中での作動距離Ｗｄ＝５．４ｍｍとなる（屈折
率１．５の媒質中で、作動距離Ｗｄ＝８．１ｍｍ）。

【００５６】両面研磨された厚み３．８ｍｍのカバーガ
ラス基板１２（屈折率１．５）の一方の面に、上述の研
削加工によって、幅１．７４ｍｍ、深さ０．７ｍｍのレ
ンズ配列用溝１３１を作製する。セルフォックロッド
は、レンズ配列用溝の両コーナー（間隔１．７４ｍｍ）
に接触する形でより位置決めされ、溝に固定される。

【００５７】ガラス基板１１（厚み５ｍｍ）にも、同様
にセルフォックロッド配列用の溝１３２を作製する。こ
の溝１３２の幅は、セルフォックロッドの直径４ｍｍよ
り少し大きめに作製する。溝１３２の深さは、セルフォ
クロッドを基板１２にやや押し付けるようにするため、
直径４ｍｍから基板１２のレンズ配列用溝１３１への、
落し込み量０．２ｍｍを引いた３．８ｍｍとする。

【００５８】セルフォックロッドの位置は、レンズ配列
用溝１３１の両コーナーと溝１３２の底面だけで決めら
れ、溝１３２の幅には左右されないために、正確に行う
ことができる。

【００５９】基板１１，１２やセルフォックロッド２、
レンズ配列用溝１３の断面構造は、図９の左図の通りで
ある。このとき、セルフォックロッド２とレンズ配列用
溝１３１，１３２の隙間は、例えばアクリル系，エポキ
シ系等の接着剤で充填する。このとき、この接着剤の熱
膨張係数は、なるべく用いるガラス基板のそれと近いも
のが望ましい。また、この接着剤が有色（特に黒色）で
あれば、遮光の効果も得られる。

【００６０】プリズム６１，６２は、共に５ｍｍ角の正
方体で、この部分の矩形垂直溝４は、この寸法に対応し
ている。垂直溝４の深さは、ガラス基板１１の厚みを
３．１ｍｍ残すように決められている（溝４の深さ５．
７ｍｍ）。

【００６１】また、光路中に、長さ１６．２ｍｍのスペ
ーサガラス１４が挿入固定されており、この部分にも予
め、研削加工により対応する寸法の矩形垂直溝４が作製
されている。矩形垂直溝４によって、切断されたセルフ
ォクロッド２は、２個の長さ４．２ｍｍのマイクロレン
ズＳＭＬ２１，２２となる。

【００６２】さらに、プリズム６１，６２の直上のガラ
ス基板１１の表面上に、基板１１に接触させて半導体レ
ーザアレイ８１および光ディテクタ８３が固定されてい
る。この場合、前記８１の画像は２個のＳＭＬ２１，２
２で構成される等倍共役結像系によって、前記８３に伝
播して結像することになる。

【００６３】（実施例２）図１０は、上述した偏光選択
性プリズムを用いた構成である。

【００６４】ＳＭＬ２１とＳＭＬ２２との間に、偏光選
択性プリズム６２を配置し、さらにプリズム６２と基板
１１との間に１／４波長板３２を設置し、フーリエ変換
面８４に反射面を設けた。このような構成にすることに
より、ＳＭＬ２１を通った光線が、フーリエ変換面８４
で反射した後、ＳＭＬ２２に入射するようにし、かつこ
のときの光路長を図１の光学系と等しくなるようにす
る。

【００６５】このような構成により、光学系は図１と等
価になると共に、フーリエ変換面８４がガラス基板１１
上にくるため、ここにミラーだけでなく空間周波数フィ
ルタ，相関フィルタなどを表面実装することができる。

【００６６】（実施例３）図１１は、マイクロレンズア
レイが多数個作製されたガラス基板１６を、ガラス基板
１１の上に接着固定した構成である。

【００６７】各マイクロレンズアレイ２５の個々のマイ
クロレンズは、光入出力面８１，８２・・・の各画素、
例えば半導体レーザアレイ８１の、個々のレーザ光発光
部に対応して配置され、各発光光線を光束径が個々のマ
イクロレンズの直径にほぼ等しい略コリメート光として
ＳＭＬに導くようになっている。ＳＭＬを通過する光束
径が小さくなる分、ＳＭＬの収差の影響を受けにくい構
成になっており、マイクロレンズアレイの挿入した本図
の光学系構成で解像度が向上できる。

【００６８】なお図１１で、マイクロレンズアレイが多
数個作製されたガラス基板１６は、各光入出力面ごとに
分割された基板であってもよい。またマイクロレンズア
レイは、イオン交換法を用いて作製されたガラス基板表
面近傍に、略半球状の屈折率分布領域を持った屈折率分
布型マイクロレンズアレイであるが、もちろん、マイク
ロレンズアレイの製法はこれに限定されるものではな
く、回折をベースにしたマイクロフレネルレンズアレ
イ、樹脂成型によるマイクロ球面レンズアレイなどであ
ってもよい。

【００６９】（その他応用例）図１２，１３は、ガラス
基板１上に形成された光導波路９１へ、ＳＭＬ２１，プ
リズム６１を通過後の光線を入射させることを示した模
式図である。

【００７０】光導波路９１へ入射する光線は、導波路に
形成された斜め反射面（図１３（ａ））、回折格子（図
１３（ｂ））などによって、導波路にカップリングされ
る。また、図１３（ｃ）のように、１本の光導波路にダ
イヤモンドブレードによる研削加工などによって複数の
反射面を形成すれば（反射面は一部の光を透過するよう
になっている）、ＳＭＬを伝播する複数の情報を１本の
導波路に合わせて入射させる、いわゆるファンイン光接
続も可能である。

【００７１】なお、光導波路は図に示されるようなリッ
ジ型の他、イオン交換法などによって作製される屈折率
分布型導波路であってもよい。

【００７２】図１４は、ＳＭＬ２２、プリズム６２を伝
播した光線をファイバアレイ９３に入射させてカップリ
ングすることを示す模式図である。ファイバアレイ９３
は、ガラス基板１１上に、適当なコネクタを用いて圧着
固定されたり、接着されたり、ガラスはんだ固定された
りする。ファイバアレイの位置決めは、アライメント調
整されたり、予めコネクタに設けられた位置決めピン
を、予めガラス基板に加工されたピン挿入孔に挿入する
ことによって行われたりする。

【００７３】光入出力面または光変換面に固定されるデ
バイス類の位置決めは、１つの面に配置されたデバイス
の像が、他の面に結像されるため、例えば、まず半導体
レーザアレイのような発光素子アレイを１つの面に固定
した後、これを発光させ、その発光パターンの像を他の
結像面で観察または光電検出しながら、その面に固定す
べきデバイスの位置決めが容易にできる。

【００７４】また同様に、１つの面に透過型のアライメ
ントマーカーを設け、これを背後から照明し、その像を
他の面に結像させ、各面に形成されたアライメントマー
カーの像に合わせて、その面に固定すべきデバイスの位
置決めをしてもよい。

【００７５】以上の説明は、主にテレセントリックな等
倍共役結像系について行ったが、もちろんこれに限定す
る必要はなく、像面の関係が拡大あるいは縮小結像系で
あっても構わないし、また、多段に像を伝播させたり像
面での明るさの均一性の要求度があまり厳しくないよう
な場合にはテレセントリックでなくてもよい。

【００７６】また、結像面、フーリエ変換面にも限定す
る必要はなく、用途によってこれ以外の位置に光入出力
面、光変換面があってももちろんよい。

【００７７】また、ＳＭＬは図２に示すような１方向に
限定された配列である必要もなく、図１５のようにレン
ズを直交配置することも可能である。この場合、上述し
た実施例１において、セルフォックロッドの配列間隔を
広くして、ダイヤモンドブレードで、碁盤の目状に溝を
作製して、所定の位置にプリズムを配置し、プリズムと
プリズムの間にＳＭＬを配置してやればよい。この場
合、直交する光接続列の間で、光情報の加工交換が可能
である。

【００７８】また、ＳＭＬとマイクロレンズアレイを組
み合わせて１チャネル対多チャネルの光接続（１対多光
接続、ファンアウト）や、多チャネル対１チャネルの光
接続（多対１光接続、ファンイン）、など様々な光学系
構成のバリエーションがとれることは、本発明において
も、上述の参考文献に示すと同様に可能である（図１８
参照）。

【００７９】

【発明の効果】本発明により、各光学系構成部品を、一
平面上に表面実装することによって、半導体や電子回路
実装技術を利用することが容易となった。このことによ
って、以下の利点がさらに得られることになる。 （１）基板面積を持った光接続回路と、同面積の電子回
路との、２層光電子回路であるため、多層回路基板の設
計手法を用いて、光回路と電子回路とのの一貫したシス
テム設計、実装設計が可能になる。 （２）半導体や電子回路実装のための技術，装置類が、
そのままあるいはわずかの修正により転用できる。 （３）光電子デバイス類が、基板に表面実装されるた
め、デバイスの裏面側が開放され、ここにヒートシンク
を付けるなどによって放熱が容易になる。 （４）１つの面に発光デバイスを固定して発光させた
り、透過型のアライメントマーカーを設けて背後から適
当に照明してやったりすることにより、その像が他の光
入出力面に結像または導かれるため、基板の光入出力面
がある側からその画像を観察することによって、既存の
マスクアライナーや画像モニターアライメント装置など
を用いて、その面に固定すべきデバイスの位置決めが容
易に行える。 （５）部品類の実装固定が容易になり、生産性が著しく
向上し、また、構造がシンプルになるため温度変化や振
動に対する信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の装置の断面図

【図２】本発明による一実施例の装置の斜視図

【図３】一実施例における基板のレンズ配列用溝とレン
ズの斜視図

【図４】一実施例の矩形状垂直溝の研削加工の説明図

【図５】一実施例の矩形状垂直溝へのプリズム挿入状態
の説明図

【図６】図１の装置の光結合列のうちの１つの光学ユニ
ットの等価光学断面図

【図７】図１の装置のプリズムの機能説明図

【図８】図１の装置の半導体レーザアレイの表面実装状
態の説明図

【図９】直径４ｍｍのＳＭＬを用いた場合の光学系の設
計例

【図１０】偏光選択性プリズムを用いた構成例

【図１１】マイクロレンズアレイアレイを用いた構成例

【図１２】光導波路への光入力の構成例

【図１３】光導波路への光入力の構成例のカップリング
部分の説明図

【図１４】ファイバアレイへの光入力の構成例

【図１５】ＳＭＬを２次元に配列した構成例

【図１６】従来例の集積化光学系ＯＢＩＳの基本概念図

【図１７】従来例のＯＢＩＳに部品を挿入固定する様子
を示す模式図

【図１８】従来例のＯＢＩＳにボードを挿入した例

【符号の説明】

１１ ガラス基板 １２ カバーガラス基板 １３ ロッド配列用溝 １４，１５ スペーサガラス １６ マイクロレンズアレイが多数個作製された
基板 ２ セルフォックロッド ２１〜２４ ＳＭＬ ２５ マイクロレンズアレイ ３１ 開口絞り ３２ １／４波長板 ４ 矩形状垂直溝 ４１，４２ 垂直溝側面 ４３ 垂直溝底面 ５ ダイヤモンドブレード ５１ ブレードの研削部 ６ プリズム ６１〜６５ プリズム ７ 屈折率マッチング材料 ８ 光デバイス ８１ 半導体レーザアレイもしくはその機能面 ８２ 反射型空間光変調デバイスもしくはその機
能面 ８３ 光ディテクタアレイもしくはその機能面 ８４ フーリエ変換面 ８５ 配線パッド ８６ 配線部 ８７ 半導体レーザ駆動ＩＣ ９１ 光導波路 ９２ 光導波路の光結合部 ９３ 光ファイバアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸本 隆 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 日本板硝子株式会社内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光透過性平板状基板の一方の面側に、１
   本の光軸上に複数個のレンズと複数個の光線方向変更素
   子を配列した光接続列を備え、かつ前記基板の他方の面
   上またはその近傍の前記素子に対応する位置に、複数個
   の光入出力面または光変換面を有するデバイスを備え、
   かつ前記の光入出力面または光変換面のうち１面上の光
   情報が、前記基板を通過して少なくとも２つの前記素子
   と少なくとも１つの前記レンズを介して、他の前記光入
   出力面または光変換面の１面に伝達されるようにしたこ
   とを特徴とする光接続装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記複数個のレンズ
   は、略円柱形状をなし、円柱の両底面が平面であり、か
   つ円柱の回転軸に対して対称な半径方向の屈折率分布を
   持つ屈折率分布型レンズである光接続装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記複数個の光入出
   力面または光変換面は、互いに結像関係またはフーリエ
   変換関係にあり、そのうち少なくとも２つ以上の面は互
   いに等倍共役結像面である光接続装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記複数個のレンズ
   は２個を一対として、前記光入出力面または光変換面の
   うち対応する２面間を共役関係とするテレセントリック
   光学系を構成している光接続装置。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記の光線方向変更
   素子は、少なくとも１つの４５度反射面を備えた正方
   体，直方体または立方体形状のプリズムである光接続装
   置。
6. 【請求項６】 請求項５において、前記プリズムの４５
   度反射面のうち少なくとも１面は、入射光線の偏光状態
   によって、入射光線を反射または透過させる偏光選択性
   反射透過面である光接続装置。
7. 【請求項７】 請求項１において、前記デバイスのうち
   少なくとも１つは、前記基板の光接続列が配置された反
   対側の面に、接着または半田付けにより表面実装された
   光接続装置。
8. 【請求項８】 請求項１において、前記デバイスは、発
   光素子アレイ，受光素子アレイ，光ファイバアレイ，光
   導波路への光入出力デバイス，空間変調デバイスまたは
   回折型光学デバイスであり、このデバイスが微小レンズ
   を多数個配列したマイクロレンズアレイを介してあるい
   は介さずに、前記基板の光接続列が配置された反対側の
   面に実装された光接続装置。
9. 【請求項９】 請求項１において、複数の前記光接続列
   を並列に配置した光接続装置。
10. 【請求項１０】 請求項１において、１本あるいは複数
    本を並列配置した前記光接続列が、これとは別の前記光
    接続列と、直交している光接続装置。
11. 【請求項１１】 請求項１において、前記基板の光接続
    列が配置された反対側の面に面上に，金属配線がパター
    ニングされている、もしくはＩＣ，ＬＳＩ，抵抗，コン
    デンサなどの電子部品が表面実装されている光接続装
    置。
12. 【請求項１２】 以下の工程によって示される光接続装
    置の製造方法。 （イ）光透過性平面基板に、ダイヤモンドブレードを用
    いた研削加工またはエッチングにより溝を作製する工
    程。 （ロ）半径方向に屈折率分布を持つ円柱形状の長尺ロッ
    ドレンズを、前記溝に配列固定する工程。 （ハ）前記ロッドレンズを、円柱軸と垂直な方向に切断
    することによって、ある程度間隔を持った複数個の円柱
    形状のレンズに分割する工程。 （ニ）前記レンズとレンズの隙間に、光線方向変更素子
    を挿入固定する工程。 （ホ）前記基板の光接続列が配置された反対側の面に、
    必要に応じて金属配線をパターニング、さらに前記デバ
    イスを実装する工程。
13. 【請求項１３】 以下の工程によって示される光接続装
    置の製造方法。 （イ）光透過性平面基板に、ダイヤモンドブレードを用
    いた研削加工、またはエッチングにより溝を作製する工
    程。 （ロ）円柱形状のレンズを、前記溝に多数個同軸上にあ
    る間隔をもって、配列固定する工程。 （ハ）前記レンズとレンズの間に、光線方向変更素子を
    挿入固定する工程。 （ニ）前記基板の光接続列が配置された反対側の面に、
    必要に応じて金属配線をパターニング、さらに前記デバ
    イスを実装する工程。