JPH09506979A - 電気光学モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 支持体（７）上には、予め与えられた格子間隔（５）にて配置された複数個の電気光学要素（１ａ〜１ｌ）を備えた電気光学ユニット（１）が固定されている。同じ支持体（７）上に格子間隔（５）にて、要素（３０ａ〜３０ｌ）を光導波路端（３０ａ、３０ｂ、３０ｌ）に光結合するためのレンズユニット（２４）のレンズ（２４ａ〜２４ｌ）を受入れる凹み（９ａ〜９ｌ）が設けられている。この凹み（９ａ〜９ｌ）の線から電気光学ユニット（１）側へずらされたアライメント凹み（２０ａ、２０ｂ）内には、電気光学ユニット（１）に対する機械的ストッパ（２８、２９）として使われる部材が入れられる。

Description

【発明の詳細な説明】 電気光学モジュール 本発明は、支持体を備え、一方の上側上で一つの線内に複数個の電気光学要素 が固定され、かつ同じ上側上で別の線に相応する複数個の受入部が形成され、そ の受入部には電気光学要素を別の光学要素に結合するためにレンズが電気光学要 素に対向して固定される電気光学モジェールに関する。 ヨーロッパ特許出願公開Ａ１第０５０６４３８号明細書によって公知の電気光 学モジュールは、半導体板上で一つの線に並んで予め与えられた格子寸法にて離 隔された多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えた電気光学ユニット（ＬＥＤア レイ）を含んでいる。この電気光学ユニットは第１の支持体の表面上に固定され ている。相応する個数のレンズは、第２の支持体上に固定された別のレンズ支持 体（レンズアレイ）の一つの線に同じ格子間隔にて配置されている。第２の支持 体は基板に固定され、電気光学ユニットに対して、ＬＥＤから放射された光が光 導波路端に入射するように向けられている。このモジュールは光学的接続のため に、例えば２５０μｍの格子間隔で１２個の個々の平行に延在する光導波路（チ ャネル）を有するいわゆるファイバーバンドに使われる。第１の支持体に対して 第２の支持体が僅かにずれると、結合特性は相当悪化する。そのために、比較的 多数の個々の構成要素から構成された公知のモジュールは非常に高い位置決め及 び調整費用を必要とする。 ヨーロッパ特許出願公開Ａ１第０５２９９４７号明細書によれば、第１の支持 体上に配置された複数の個々の電気光学要素を備えた電気光学モジュールが公知 である。相応する個数のレンズは第２の支持体上に電気光学要素に対向して配置 されている。支持体の互いに向き合った表面はアライメント球を入れることので きる相応する窪みを有している。それによって、第１の支持体に対して、光導波 路端とレンズとを受入れている第２の支持体の離隔したアライメントが行われる 。電気光学要素の精密な位置決めは、第１の支持体の窪みに関する電気光学要素 の個々のアライメントによって行われる。このために第１の支持体上に電気光学 要 素を接触及び固定するために前もって設けられていたろうが短時間で溶けてしま う。 ヨーロッパ特許出願公開Ａ１第０２８０３０５号明細書には、支持体を備えそ の上側上に複数の個々の電気光学要素が一つの線内に予め与えられた格子間隔に て配置されているような冒頭で述べた種類の電気光学モジュールが開示されてい る。電気光学要素に対向して、同じ支持体上側上に、相応する個数のレンズが電 気光学要素を光導波路端に結合するために配置されている。レンズを保持するた めに、格子間隔にて形成された受入部が電気光学要素と同じ支持体上側に配置さ れたもしくはこの支持体上側に向けられた光導波路端との間に設けられている。 個々の電気光学要素の正確な位置決めを行うために、公知のモジュールにおいて は、電気光学要素を作動させながら能動的な調整が行われる。しかしながら、こ のために、個々の各電気光学要素に対して電気的接触及び位置決めは三次元マニ ュピレータの助けを必要とする。 本発明の課題は、簡単に少ない個別部品にて製造可能であり、かつ調整労力が 僅少でありしかも電気光学要素とこれに結合すべき光学要素又は光導波路端との 間に特に高い結合効率を有し、特に（電気光学要素を作動しながらの）能動的な 調整をなくすことができるような電気光学モジュールを提供することにある。 この課題は、本発明によれば、冒頭に述べたような電気光学モジュールにおい て、電気光学要素は電気光学ユニット内に含まれ、支持体の同じ上側上には受入 部の線から電気光学ユニット側へずらされた少なくとも２つのアライメント受入 部が形成され、このアライメント受入部は電気光学ユニットに対する機械的スト ッパとして使われる部材をそれぞれ受入れることによって解決される。本発明に よるモジュールはそれによって比較的少ない個別の構成要素で有利に構成するこ とができる。レンズ及び機械的ストッパは電気光学要素が同様に固定されている 支持体の表面上に直接配置されるので、レンズ相互間での及び電気光学要素に対 する特に僅かな位置公差を守ることができる。支持体材料としては表面をプレー ナ法によってパターン化可能である半導体材料が特に好適である。レンズ用の受 入部及びアライメント受入部は、良好にコントロール可能なマスク及びエッチン グ技術によって、特に同時に共通のパターン化プロセスで、高い精度でもって大 量生産にて作ることができる。 これによって、レンズに対する光学的に有効な距離は精密に決定され、その場 合電気光学ユニットの横方向への移動のみがまだ可能である。これに関する調整 は電気光学要素を作動させることなく例えば顕微鏡を用いて行うことができる。 別の受入部の位置を変えることによって、単一モード及び多重モード光導波路に 対するそれぞれ最適な結合効率を得るために、その他のレンズと電気光学要素と 光導波路端との間の結合状態を決定することができる。本発明によるモジュール は他の相応する光要素との結合にもまた光導波路端との結合にも好適である。 本発明の製造技術上特に有利な構成によれば、レンズ及び部材は球レンズであ り、受入部は支持体内の凹みである。 本発明の有利な構成によれば、球レンズは凹みと支持体の上側との間に形成さ れた稜線上に載置される。それによって、レンズの位置は凹みの稜線との（点状 ）接触によって決定され、凹みの深いところに位置する凹み輪郭、特に表面品質 及び表面傾斜はレンズの位置に影響することがない。マスク技術によって稜線を 特に精密に作ることができる。 電気光学要素の接触に関して優れた本発明の構成によれば、支持体上には電気 光学要素の電気的接続を行うための金属バターンが設けられる。 次に本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 図１は電気光学モジュールの概略図を示す。 図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図を示す。 電気光学モジュールは複数個（例えば１２個）の電気光学要素１ａ、１ｂ、１ ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｋ及び１ｌを含む電気光学 ユニット１を含んでいる。要素１ａ〜１ｌは例えばヨーロッバ特許出願公開Ａ１ 第０５０６４３８号明細書によって公知の方法で個別の発光ダイオード（ＬＥＤ ）の形態にて単一の半導体条片２に形成されており、一つの線４内で例えば２５ ０μｍの予め与えられた格子間隔５にて離隔している。ユニット１（ＬＥＤアレ イ）は支持体７の上側６上にろう付け及び／又は接着によって固定されている。 ピラミッド状凹み９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ、 ９ｊ、９ｋ及び９ｌの形態にて概略図示され要素１ａ〜１ｌの個数に相応する個 数（例えば１２個）を有する受入部は、支持体７の同一表面６上に一つの列又は 線１０に沿って形成されている。凹み９ａ〜９ｌは適切な方位を持つシリコン材 料から構成された支持体７内に公知のマスクエッチング技術で異方性エッチング によって、要素１ａ〜１ｌを離隔するのと同じ格子間隔５にて作られている。凹 み９ａ〜９ｌと同時に、支持体７の同じ表面６には公知のエッチング技術で２つ の別の（概略図示された）ピラミッド状アライメント凹み２０ａ、２０ｂが作ら れている。このアライメント凹み２０ａ、２０ｂはその中心部２１ａ、２１ｂが 凹み９ａ〜９ｌの線１０に対してユニット１側へずらされている。 各凹み９ａ〜９ｌ内にはそれぞれレンズユニット２４の球レンズ２４ａ〜２４ ｌが、そして別の両凹み２０ａ、２０ｂ内にはそれぞれ球レンズ２５ａ、２５ｂ の形態のストッパ体が例えばガラスろうを用いたろう付け、陽極ボンディング又 は接着によって直接固定されている。球レンズ２５ａ、２５ｂはアライメント凹 み２０ａ、２０ｂの中心部２１ａ、２１ｂが線１０に対し前に位置させられてい るのでユニット１側へずらされており、ユニット（ＬＥＤアレイ）１に対する機 械的ストッパ２８、２９としてそれぞれ使われる。電気光学要素１ａ〜１ｌは支 持体７上に直接設けられた金属パターン３０とろう付け又はワイヤボンディング によって電気的に結合可能である。 要素１ａ〜１ｌはそれらの要素にそれぞれ属し対向配置された球レンズ２４ａ 〜２４ｌを介して光導波路端の形態の光学要素と結合可能である。図１には光導 波路３２ａ、３２ｂ、３２ｌの３つの光導波路端３１ａ、３１ｂ、３１ｌのみが 概略的に示されている。なお、これらの光導波路は例えば２５０μｍの予め与え られた格子間陽５にて同様に離隔して平行に延在しそしてほぼ共通の面内に配置 されている。（例えば１２個の）光導波路端３１ａ、３１ｂ、３１ｌは米国特許 第４９９８７９６号明細書からそれ自体公知である様式にて多重光導波路プラグ 内で対向配置されたシリコン板の互いに向き合ったＶ溝内に固定することができ る。 電気光学モジュールは個別構成要素が比較的少ない場合には特に高い結合効率 を有する。何故ならば、個別の球レンズはユニット１（ＬＥＤアレイ）と同じ支 持体上に配置されているからである。球レンズ２４ａ〜２４ｌの位置を決定する 凹み９ａ〜９ｌと、ストッパとして使われる球レンズ２５ａ、２５ｂの位置を決 定する別の凹み２０ａ、２０ｂとを、共通の支持体７上に共通に形成することに よって、非常に狭い位置公差を守ることができる。列又は線１０の端部に配置さ れた別のレンズ２５ａ、２５ｂはその他のレンズ２４ａ〜２４ｌの中心部の線１ ０に対して正確に所望の寸法３５だけずらされている。レンズは表面６と凹み９ ａ〜９ｌ及び２０ａ、２０ｂとの間に形成された稜線３６、３７上にのみ載置さ れている（図２参照）。焦点距離とレンズ距離とを整合させることにより、単一 モード及び多重モード光導波路に対してそれぞれ最適な結合特性に調整すること ができる。モジュールを組み立てる際には先ずレンズ２４ａ〜２４ｌ；２５ａ、 ２５ｂが凹み９ａ〜９ｌ；２０ａ、２０ｂ内に固定され、その後ユニット１が支 持体７上に載せられる。ストッパ２８、２９によってユニット１は方向Ｘへの自 由度を除いて予め位置決めされる。横方向Ｘへの電気光学ユニット１の調整は、 電気光学要素１ａ〜１ｌを能動的に作動させることなく顕微鏡を用いて実施する ことができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．支持体（７）を備え、一方の上側（６）上で一つの線（４）に複数個の電気 光学要素（１ａ〜１ｌ）が固定されかつ同じ上側（６）上で別の線（１０）に相 応する複数個の受入部（９ａ〜９ｌ）が形成され、その受入部には電気光学要素 （１ａ〜１ｌ）を別の光学要素と結合するためにレンズ（２４ａ〜２４ｌ）が電 気光学要素（１ａ〜１ｌ）に対向して固定される電気光学モジュールにおいて、 電気光学要素（１ａ〜１ｌ）は電気光学ユニット（１）内に含まれ、支持体（７ ）の同じ上側（６）上には受入部（９ａ〜９ｌ）の線（１０）から電気光学ユニ ット（１）側へずらされた少なくとも２つのアライメント受入部（２０ａ、２０ ｂ）が形成され、このアライメント受入部は電気光学ユニット（１）に対する機 械的ストッパ（２８、２９）として使われる部材（２５ａ、２５ｂ）をそれぞれ 受入れることを特徴とする電気光学モジェール。 ２．レンズ（２４ａ〜２４ｌ；２５ａ、２５ｂ）及び部材（２５ａ、２５ｂ）は 球レンズであり、受入部（９ａ〜９ｂ；２０ａ、２０ｂ）は支持体（７）内の凹 みであることを特徴とする請求項１記載のモジュール。 ３．球レンズ（２４ａ〜２４ｌ／２５ａ、２５ｂ）は凹み（９ａ〜９ｌ；２０ａ 、２０ｂ）と支持体（７）の上側（６）との間に形成された稜線（３６、３７） 上に載置されていることを特徴とする請求項２記載のモジュール。 ４．支持体（７）上には電気光学要素（１ａ〜１ｌ）の電気的接続を行うための 金属パターン（３０）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいず れか１つに記載のモジュール。