WO2012023430A1 - 光導波路モジュールおよび電子機器 - Google Patents

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WO2012023430A1
WO2012023430A1 PCT/JP2011/067708 JP2011067708W WO2012023430A1 WO 2012023430 A1 WO2012023430 A1 WO 2012023430A1 JP 2011067708 W JP2011067708 W JP 2011067708W WO 2012023430 A1 WO2012023430 A1 WO 2012023430A1
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WO
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optical waveguide
substrate
waveguide module
pin
lens array
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PCT/JP2011/067708
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藤原 誠
幹也 兼田
Original Assignee
住友ベークライト株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical waveguide module and an electronic device.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2010-182407 filed in Japan on August 17, 2010, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • broadband lines that can exchange large volumes of information at high speed have been spreading.
  • transmission devices such as router devices and WDM (Wavelength-Division-Multiplexing) devices are used.
  • WDM Widelength-Division-Multiplexing
  • Each signal processing board has a circuit in which arithmetic elements, storage elements, etc. are connected by electrical wiring.
  • each board has a very high throughput. It is required to transmit.
  • problems such as generation of crosstalk and high-frequency noise, deterioration of electric signals, and mismatch of characteristic impedance are becoming apparent. For this reason, electrical wiring becomes a bottleneck, making it difficult to improve the throughput of the signal processing board.
  • an optical communication technique for transferring data using an optical carrier wave has been developed.
  • an optical waveguide has been widely used as a means for guiding the optical carrier wave from one point to another point.
  • This optical waveguide has a linear core part and a clad part provided so as to cover the periphery thereof.
  • the core part is made of a material that is substantially transparent to the light of the optical carrier wave
  • the cladding part is made of a material having a refractive index lower than that of the core part.
  • optical waveguide In such an optical waveguide, light introduced from one end of the core portion is conveyed to the other end while being reflected at the boundary with the cladding portion.
  • a light emitting element such as a semiconductor laser is disposed on the incident side of the optical waveguide, and a light receiving element such as a photodiode is disposed on the emission side. Light incident from the light emitting element propagates through the optical waveguide, is received by the light receiving element, and communicates based on the blinking pattern of the received light.
  • Patent Document 1 includes an optical waveguide, an optical element including a light emitting element and / or a light receiving element optically connected to the optical waveguide, and a collimator lens provided between the optical waveguide and the optical element.
  • Proposed photoelectric transmission devices have been proposed.
  • the optical waveguide and the collimating lens are fixed to the positioning portion having the concave portion, while the optical element is fixed to the positioning portion having the convex portion.
  • the optical waveguide, the collimating lens, and the optical element are aligned, and the optical axes can be accurately aligned.
  • An object of the present invention is to provide an optical waveguide module in which an optical waveguide and a lens array can be easily and accurately aligned with respect to an optical element, and can be easily removed during maintenance, and the optical waveguide module. It is providing the electronic device provided with.
  • Such an object is achieved by the following (1) to (33).
  • And having a body An optical waveguide module in which the optical element and the optical waveguide are optically connected via the lens array, A guide portion is fixed to one of the first substrate and the sandwiching body, and the other of the first substrate and the sandwiching body, the second substrate, the lens array, and the optical waveguide. Are provided with guided portions at least guided in the plane by the guide portions.
  • the optical element is provided on a surface of the second substrate on the lens array side, A first electrode pad is provided on the surface of the first substrate on the second substrate side, A second electrode pad electrically connected to the optical element is provided on the surface of the second substrate on the first substrate side,
  • optical waveguide is provided with an optical path conversion unit, The optical waveguide module according to (1) or (2), wherein the optical element and the optical waveguide are optically connected via the optical path conversion unit.
  • the first substrate or the sandwiched body provided with the guided portion, the second substrate, the lens array, and the optical waveguide are each provided with the guide portion.
  • the guide portion is configured by a pin protruding to one surface side of the first substrate or the sandwiching body, Each of the guided portions includes a through hole that passes through the first substrate or the sandwiching body, the second substrate, the lens array, and the optical waveguide, and through which the pin can be inserted.
  • the optical waveguide module according to any one of (1) to (6).
  • the optical waveguide module according to (7) further including a fixing portion that fixes the first substrate or the sandwiching body in which the through hole is formed with respect to the pin.
  • the shape of the first substrate and the sandwiching body is a quadrangle in plan view, and the through holes are formed in at least two locations of the four corners of the quadrangle (7) Or the optical waveguide module as described in (8).
  • the guide portion is configured by a pin protruding to one surface side of the first substrate or the sandwiching body, Each of the guided portions is provided in a through-hole that penetrates the second substrate, the lens array, and the optical waveguide and allows the pin to be inserted, and the first substrate or the holding body,
  • the optical waveguide module according to any one of (1) to (6), including a recess into which the pin can be inserted.
  • a fixing portion for fixing the first substrate or the sandwiched body formed with the recess to the pin is provided on the first substrate or the sandwiched body formed with the recess.
  • the shape of the first substrate and the sandwiching body is a quadrangle in a plan view, and the concave portion is formed in at least two of the four corners of the quadrangle (10) or The optical waveguide module according to (11).
  • the pin has at least one step portion in which the outer diameter on the distal end side is relatively smaller than the outer diameter on the proximal end side, and the inner diameter of the through hole included in the lens array Is an optical waveguide module according to any one of (7) to (12), which is smaller than the outer diameter on the base end side of the stepped portion and larger than the outer diameter on the distal end side of the stepped portion.
  • the pin has a tapered portion in which the outer diameter on the distal end side is gradually smaller than the outer diameter on the proximal end side, and the inner diameter of the through-hole included in the lens array is the taper.
  • the optical waveguide module according to any one of (7) to (12), wherein the optical waveguide module is smaller than an outer diameter of a base end of the portion and larger than an outer diameter of a tip end of the tapered portion.
  • optical waveguide module according to any one of (1) to (14), wherein at least two layers of the optical waveguide are laminated.
  • a first substrate An optical element provided on one surface of the first substrate and having a light emitting part or a light receiving part; A laminated body in which a lens array, a layered optical waveguide, and a sandwiching body are provided in this order from the optical element side, provided on the opposite side of the first substrate via the optical element; An optical waveguide module in which the optical element and the optical waveguide are optically connected via the lens array, A guide portion is fixed to one of the first substrate and the sandwiching body, and the other of the first substrate and the sandwiching body, the lens array, and the optical waveguide are respectively provided by the guide portions.
  • An optical waveguide module comprising a guided portion that guides at least an in-plane position thereof.
  • optical waveguide is provided with an optical path conversion unit, The optical waveguide module according to (17), wherein the optical element and the optical waveguide are optically connected via the optical path conversion unit.
  • the guide portion is configured by a pin protruding to one surface side of the first substrate or the sandwiching body, Each of the guided portions is configured by a through hole that penetrates the first substrate or the sandwiching body, the lens array, and the optical waveguide, and is capable of inserting the pin.
  • the optical waveguide module according to any one of (20).
  • optical waveguide module according to (21), further including a fixing portion that fixes the first substrate or the sandwiching body in which the through hole is formed with respect to the pin.
  • the pin is threaded at least at a tip portion thereof, and the fixing portion is constituted by a nut screwed to the pin,
  • the laminated body is pressed toward the first substrate by the nut screwed to the pin, or the first substrate, the lens array, and the optical waveguide are pressed toward the sandwiching body,
  • the first substrate and the sandwiching body have a quadrangular shape in plan view, and the through holes are provided in at least two places among the four corners of the quadrangle.
  • the optical waveguide module according to any one of (23).
  • the guide portion is configured by a pin protruding to one surface side of the first substrate or the sandwiching body, Each of the guided portions penetrates the lens array and the optical waveguide and can be inserted into the pin, and a recess provided in the first substrate or the sandwiching body and into which the pin can be inserted.
  • the optical waveguide module according to any one of (17) to (20), configured by:
  • the first substrate and the sandwiching body have a quadrangular shape in a plan view, and the concave portions are provided in at least two of the four corners of the quadrangle (25) or ( 26) The optical waveguide module according to 26).
  • the pin has at least one step portion in which the outer diameter on the distal end side is relatively smaller than the outer diameter on the proximal end side, and the inner diameter of the through hole included in the lens array Is an optical waveguide module according to any one of (21) to (27), which is smaller than the outer diameter on the base end side of the stepped portion and larger than the outer diameter on the distal end side of the stepped portion.
  • the pin has a tapered portion in which the outer diameter on the distal end side is gradually smaller than the outer diameter on the proximal end side, and the inner diameter of the through hole of the lens array is the taper
  • the optical waveguide module according to any one of (21) to (27), wherein the optical waveguide module is smaller than an outer diameter of a base end of the portion and larger than an outer diameter of a tip end of the tapered portion.
  • optical waveguide module according to any one of (17) to (29), wherein at least two layers of the optical waveguide are laminated.
  • At least one portion between the first substrate and the lens array, between the lens array and the optical waveguide, and between the optical waveguide and the sandwiching body is bonded with an adhesive.
  • the optical waveguide module according to any one of (17) to (30).
  • the first substrate or the sandwiched body provided with the guided portion, the lens array, and the optical waveguide are respectively the first substrate or the sandwiched body to which the guide portion is fixed.
  • the optical waveguide module according to any one of (17) to (31), wherein the optical waveguide module is detachable.
  • the guide portion is provided on one of the first substrate and the sandwiching body, and the guided portion is provided on the other of the first substrate and the sandwiching body, the optical waveguide, and the lens array. Therefore, by guiding the guided portion with respect to the guide portion, the mutual positions can be easily and accurately adjusted, and an optical waveguide module with little optical loss can be obtained.
  • the optical waveguide and the lens array can be removed from the optical waveguide module and replaced individually, so that the optical waveguide can be easily maintained and reduced in cost.
  • a module is obtained.
  • the second substrate arbitrarily designed according to the purpose and application can be replaced and used.
  • an optical waveguide module that can more easily replace an optical element that tends to fail is obtained.
  • the optical path conversion unit when the optical path conversion unit is provided in the optical waveguide, the optical axis can be aligned more easily, the optical loss due to the optical path conversion can be suppressed, and high-quality optical communication can be performed. A module is obtained. Further, when the light reflection suppressing portion is provided on the surface of the sandwiched body on the optical waveguide side, or when the transmittance of the sandwiched body with respect to light having a wavelength of 400 to 1600 nm is 50% or more, the optical path conversion portion performs the optical path conversion. Thus, an optical waveguide module that can prevent the light reaching the sandwiching body from being reflected by the sandwiching body and entering the optical waveguide and further reducing noise can be obtained.
  • a pin protruding from either the first substrate or the sandwiching body is used as the guide part, and the other of the first substrate or the sandwiching body, the optical waveguide, and the lens array are penetrated as the guided part.
  • the holes if the through holes are simply inserted into the pins, the mutual alignment can be easily performed, so that an optical waveguide module with little optical loss and easy manufacture can be obtained.
  • FIG. 2 is a perspective view (partially shown) showing the optical waveguides shown in FIG. 1 individually.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. It is a fragmentary sectional view which shows the modification of the guide part of 1st Embodiment, a to-be-guided part, and a fixing
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a first embodiment of the optical waveguide module of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view (partially shown partially) showing the optical waveguide shown in FIG. 1
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
  • the upper side of FIGS. 1 to 3 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
  • the thickness direction is emphasized.
  • An optical waveguide module 1 shown in FIG. 1 includes a first substrate 2, an optical element 3 provided on the surface, and a lens provided on the opposite side of the first substrate 2 via the optical element 3.
  • the array 4, the optical waveguide 5, and the sandwiching body 6 have a laminated body 7 that is laminated in this order from the optical element 3 side, and the optical element 3 and the optical waveguide 5 are optically connected via the lens array 4.
  • the electrical signal transmitted through the electrical wiring provided on the first substrate 2 and the optical signal transmitted through the optical waveguide 5 can be mutually converted.
  • the optical element 3 converts the electrical signal into an optical signal, emits the optical signal from the light emitting unit, and enters the optical waveguide 5 or receives the optical signal emitted from the optical waveguide 5 by the light receiving unit. It is either a light receiving element that converts to an electric signal, or a composite element that has both functions.
  • a through hole (guided portion) 71 provided in the laminate 7 is inserted into a pin (guide portion) 21 provided on the first substrate 2.
  • the relative position of both in the surface direction of the first substrate 2 can be uniquely determined.
  • the optical axis of the optical element 3 and the optical axis of the laminated body 7 can be highly matched, and light loss in the optical waveguide module 1 can be suppressed.
  • the pin 21 may be provided not on the first substrate 2 but on the clamping body 6, for example.
  • a through-hole through which the pin 21 can be inserted is formed in the first substrate 2, the lens array 4, and the optical waveguide 5, and the pin 21 is inserted into the through-hole so that the surface direction of the sandwiching body 6 is reached.
  • the relative positions of the first substrate 2, the lens array 4 and the optical waveguide 5 are uniquely determined.
  • the optical axis of the optical element 3 and the optical axis of the laminate 7 can be highly matched, and the optical loss in the optical waveguide module 1 can be reduced. Can be suppressed.
  • the case where the pin 21 is provided on the first substrate 2 will be described in detail, but the same applies to the case where the pin 21 is provided on the sandwiching body 6.
  • the optical waveguide 5 is in the form of a strip and has an elongated band shape extending in the X direction in FIG. 1.
  • the first substrate 2, the optical element 3, the lens array 4, the sandwiching body 6, and the like are at least one of the optical waveguides 5. It is provided in the vicinity of the end portion.
  • the optical waveguide 5 shown in FIG. 2 is configured by laminating a clad layer (lower clad layer) 51, a core layer 53, and a clad layer (upper clad layer) 52 in this order from below.
  • the core layer 53 is formed with a linear core portion 54 in a plan view and a side cladding portion 55 adjacent to the side surface of the core portion 54.
  • the eight core portions 54 are arranged in a straight line along the longitudinal direction of the optical waveguide 5 having a strip shape, and a plurality of core portions 54 are adjacent to the side surface of each core portion 54.
  • the side clad portion 55 is provided.
  • the cladding layer 52 is drawn through.
  • each core portion 54 the light incident on one end of each core portion 54 is transmitted at the interface between each core portion 54 and the clad portion (each clad layer 51, 52 and each side clad portion 55). It can be totally reflected and propagated to the other end. Thereby, optical communication can be performed based on the flickering pattern of the light received at the emission end or the intensity pattern thereof. That is, the optical waveguide 5 is a multi-channel optical waveguide having a plurality of (eight in FIG. 2) channels (core portion 54) and capable of performing a plurality of optical communications in parallel.
  • the refractive index of the core portion 54 only needs to be larger than the refractive index of the clad portion, and the difference is not particularly limited, but is preferably 0.5% or more, more preferably 0.8% or more.
  • the upper limit value may not be set, but is preferably about 5.5%. If the difference in refractive index is less than the lower limit, the effect of transmitting light may be reduced, and even if the upper limit is exceeded, no further increase in light transmission efficiency can be expected.
  • refractive index difference (%)
  • each core portion 54 is formed in a straight line shape in a plan view, but may be curved or branched in the middle, and the shape thereof is arbitrary.
  • each core portion 54 is generally a square such as a square or a rectangle (rectangle), but is not particularly limited, and is not limited to a circle such as a perfect circle or an ellipse, a rhombus, a triangle, It may be a polygon such as a pentagon.
  • each core portion 54 are not particularly limited, but are preferably about 1 to 200 ⁇ m, more preferably about 5 to 100 ⁇ m, and further preferably about 20 to 70 ⁇ m.
  • the constituent material of the core layer 53 is not particularly limited as long as the above-mentioned refractive index difference is generated, but specifically, acrylic resin, methacrylic resin, polycarbonate, polystyrene, epoxy resin, polyamide, polyimide, polybenzo
  • acrylic resin methacrylic resin
  • polycarbonate polycarbonate
  • polystyrene epoxy resin
  • polyamide polyimide
  • polybenzo In addition to various resin materials such as oxazole, polysilane, polysilazane, and cyclic olefin resins such as benzocyclobutene resin and norbornene resin, there are glass materials such as quartz glass and borosilicate glass.
  • norbornene resins are particularly preferred.
  • These norbornene-based polymers include, for example, ring-opening metathesis polymerization (ROMP), combination of ROMP and hydrogenation reaction, polymerization by radical or cation, polymerization using a cationic palladium polymerization initiator, and other polymerization initiators ( For example, it can be obtained by any known polymerization method such as polymerization using a polymerization initiator of nickel or another transition metal).
  • the clad layers 51 and 52 are positioned below and above the core layer 53, respectively, and together with the side clad portions 55, constitute clad portions that surround the outer periphery of the core portions 54.
  • the optical waveguide 5 functions as a light guide.
  • the average thickness of the clad layers 51 and 52 is preferably about 0.1 to 1.5 times the average thickness of the core layer 53 (the average height of each core portion 54). More preferably, the average thickness of the cladding layers 51 and 52 is not particularly limited, but is usually preferably about 1 to 200 ⁇ m, and preferably about 5 to 100 ⁇ m. More preferably, it is about 10 to 60 ⁇ m. Thereby, the function as a clad layer is suitably exhibited while preventing the optical waveguide 5 from becoming unnecessarily large (thickened).
  • each of the clad layers 51 and 52 for example, the same material as the constituent material of the core layer 53 described above can be used, but a norbornene polymer is particularly preferable.
  • the material when selecting the constituent material of the core layer 53 and the constituent materials of the cladding layers 51 and 52, the material may be selected in consideration of the difference in refractive index between them. Specifically, the refractive index of the constituent material of the core layer 53 is sufficiently larger than the refractive index of the cladding layers 51 and 52 in order to surely totally reflect light at the boundary between the core layer 53 and the cladding layers 51 and 52. What is necessary is just to select a material so that it may become. As a result, a sufficient refractive index difference is obtained in the thickness direction of the optical waveguide 5, and light can be prevented from leaking from the respective core portions 54 to the cladding layers 51 and 52.
  • the adhesion (affinity) between the constituent material of the core layer 53 and the constituent materials of the cladding layers 51 and 52 is high.
  • a plurality of mirrors (optical path conversion units) 56 are provided in the middle of the optical waveguide 5 in the longitudinal direction (see FIGS. 1 and 2).
  • the mirror 56 is formed of an inner wall surface of a space (cavity) obtained by digging in the middle of the optical waveguide 5.
  • a part of the inner wall surface is a plane that crosses the core portion 54 at an angle of 45 °, and this plane becomes the mirror 56.
  • the optical waveguide 5 and the optical element 3 are optically connected via the mirror 56.
  • “optically connected” means that an optical signal emitted from the light emitting portion of the optical element 3 is optically converted by the mirror 56 and incident on the optical waveguide 5 or from the optical waveguide 5.
  • the emitted optical signal undergoes optical path conversion by the mirror 56 and enters the light receiving portion of the optical element 3.
  • the mirror 56 is formed in the optical waveguide 5
  • the optical axis of the optical element 3 and the optical axis of the optical waveguide 5 can be more easily matched, and the optical loss in the optical waveguide module 1 can be reduced. Can be suppressed.
  • a reflective film may be formed on the mirror 56 as necessary.
  • a metal film such as Au, Ag, or Al is preferably used.
  • the digging process for the optical waveguide 5 can be performed by, for example, a laser processing method, a dicing method using a dicing saw, or the like.
  • the first substrate 2 has an optical element 3 mounted on its upper surface, and has electric wiring (not shown) connected to the optical element 3.
  • substrate 2 is a board
  • paper, glass cloth, a resin film etc. are used as a base material,
  • resin materials such as cyanate resin, polyimide resin, and fluorine resin.
  • polyethers in addition to insulating substrates used in glass-based copper-clad laminates such as glass cloth and epoxy copper-clad laminates, and composite copper-clad laminates such as glass nonwoven fabrics and epoxy copper-clad laminates, polyethers Examples thereof include heat-resistant and thermoplastic organic rigid substrates such as imide resin substrates, polyetherketone resin substrates, and polysulfone resin substrates, and ceramic rigid substrates such as alumina substrates, aluminum nitride substrates, and silicon carbide substrates.
  • the electrical wiring formed on the first substrate 2 may be formed by, for example, patterning a conductor layer (for example, copper foil of a copper clad laminate) provided on the first substrate 2, or conducting conductive ink. It is formed by a method of printing on one substrate 2, a method of transferring a previously patterned conductor layer, or the like. Such electrical wiring is used, for example, for exchanging electrical signals with the optical element 3 and for sending electric power to the optical element 3.
  • a conductor layer for example, copper foil of a copper clad laminate
  • substrate 2 is not specifically limited, It is preferable to have comprised the quadrangle
  • the average thickness of the first substrate 2 is not particularly limited, but is preferably about 300 ⁇ m to 10 mm, more preferably about 500 ⁇ m to 8 mm. Since the first substrate 2 having such a thickness has sufficient rigidity, the optical element 3 can be reliably supported.
  • the first substrate 2 may be a single-layer substrate, or may be a multilayer substrate (build-up substrate) in which a plurality of layers are stacked. In this case, a patterned conductor layer is included between the layers of the multilayer substrate, and an arbitrary electric circuit may be formed there. Thereby, even if the first substrate 2 has a small area, a complicated electric circuit can be constructed inside the first substrate 2, so that the density of the electric circuit can be increased.
  • optical element Two optical elements 3 are mounted on the first substrate 2 shown in FIG.
  • the optical element 3 converts the electrical signal into an optical signal, emits the optical signal from the light emitting unit, and enters the optical waveguide 5 or receives the optical signal emitted from the optical waveguide 5. It is either a light receiving element that receives light at the unit and converts it into an electrical signal, or a composite element that has both functions.
  • a light emitting element such as a surface emitting laser (VCSEL) and a light emitting diode (LED), a light receiving element such as a photodiode (PD, APD), and the like can be given.
  • VCSEL surface emitting laser
  • LED light emitting diode
  • PD photodiode
  • the optical element 3 is a light emitting element will be described as an example.
  • the arrows shown in FIG. 3 indicate the traveling direction of the light emitted from the optical element 3.
  • the two optical elements 3 shown in FIG. 1 each have a plurality of (four in FIG. 1) light emitting sections 31 provided on the upper surface thereof.
  • the light emitting units 31 are arranged in a line at equal intervals along the Y direction in each optical element 3. At this time, the interval between the adjacent light emitting portions 31 is set to twice the interval between the core portions 54 of the optical waveguide 5.
  • the two optical elements 3 are arranged so as to be shifted in the Y direction. This deviation amount is set to be equal to the interval between the core portions 54 of the optical waveguide 5. As a result, when viewed as a whole of the two optical elements 3, the interval in the Y direction between the adjacent light emitting portions 31 is equal to the interval between the core portions 54 of the optical waveguide 5.
  • each optical element 3 has electrode pads 32 and 33 provided on the lower surface thereof corresponding to the respective light emitting portions 31.
  • the electrode pads 32 and 33 are energized, the light emitting unit 31 emits light.
  • Electrode pads 32 and 33 are electrically connected to the electrical wiring provided on the first substrate 2 described above.
  • “electrically connected” means that electric signals can be transmitted and electric power can be transmitted and received.
  • This connection can be made by using various solders and various brazing materials. Specifically, in addition to Sn—Pb lead solder, Sn—Ag—Cu, Sn—Zn—Bi, Sn— Cu-based, Sn-Ag-In-Bi-based, Sn-Zn-Al-based various lead-free solders, various low-temperature brazing materials defined by JIS, and the like can be used.
  • an electrical element may be mounted on the first substrate 2 as necessary.
  • Examples of such an electric element include a driver IC, a transimpedance amplifier (TIA), a limiting amplifier (LA), or a combination IC, LSI, RAM, and the like that combine these elements.
  • the electrical wiring described above is connected to an electrical element, and the operation of the optical element 3 is controlled by the electrical element.
  • At least one of the optical element 3 and the electric element may be sealed (molded) with a molding resin.
  • the optical element 3 and the electric element are reliably protected from weather resistance (heat resistance, moisture resistance, atmospheric pressure change, etc.), vibration, external force, stress concentration, foreign matter adhesion, and the like.
  • the mold resin examples include an epoxy resin, a polyester resin, a polyurethane resin, a silicone resin, and a norbornene resin.
  • optical element 3 and the optical waveguide 5 are optically connected via the lens array 4.
  • optically connected means that an optical signal emitted from the light emitting portion of the optical element 3 is collected by the lens array 4 and incident on the optical waveguide 5, or the optical waveguide 5 This means that the optical signal emitted from the light beam is collected by the lens array 4 and incident on the light receiving portion of the optical element 3.
  • the lens array 4 shown in FIG. 1 is a plate-like member or a film-like member having a quadrangular shape in plan view, and has a plurality of lens portions 41 formed corresponding to the arrangement of the light emitting portions 31 described above.
  • Each of the lens portions 41 is an independent convex lens.
  • the planar view shape of the lens portion 41 is a circular shape or a similar shape, and the cross-sectional shape of the surface is a spherical shape, an aspherical surface, a parabolic surface, or the like.
  • the constituent material of the lens array 4 may be a substantially transparent material, for example, various glass materials such as quartz glass and borosilicate glass, acrylic resin, epoxy resin, polycarbonate resin, and polystyrene resin. And various resin materials such as polyolefin-based resins.
  • the lens array 4 may be manufactured by any method, for example, by a method of causing laser irradiation to the base material to cause a structural change, a method of forming the base material by a mold, or the like.
  • the formation positions of the lens portions 41 shown in FIG. 1 are set so as to correspond to the arrangement of the light emitting portions 31, but are not particularly limited, and are regular or irregular positions at predetermined intervals. May be set.
  • a sandwiching body 6 is laminated on the optical waveguide 5.
  • the shape of the sandwiching body 6 is not particularly limited, but is preferably square when viewed from above, for example, a flat plate shape or a rectangular parallelepiped block shape.
  • the laminated body 7 can be pressed more uniformly against the first substrate 2, and the optical axis of the optical element 3 and the optical axis of the laminated body 7 can be aligned more accurately. it can.
  • various metal materials such as iron, stainless steel, aluminum, copper, nickel, titanium, magnesium, various ceramic materials, such as an alumina, a silica, a zirconia, and a titania
  • various carbon materials such as graphite and carbon fiber
  • various silicon materials such as silicon
  • various glass materials such as quartz glass and borosilicate glass
  • phenol resin polyester resin
  • epoxy resin epoxy resin
  • cyanate resin polyimide system
  • resin materials such as resin, fluorine resin, acrylic resin, polycarbonate resin, polystyrene resin, and polyolefin resin.
  • the lower surface (surface on the optical waveguide 5 side) 61 of the sandwiching body 6 is one that suppresses reflection of light. More preferably, a light reflection suppressing portion is formed on the lower surface 61 of the sandwiching body 6, or the transmittance of the sandwiching body 6 with respect to light having a wavelength of 400 to 1600 nm is 50% or more.
  • the transmittance is a value measured by a spectral transmittance measuring device.
  • the constituent material of the sandwiching body 6 is a material having low light reflectivity, or the process of suppressing the light reflection to the lower surface 61 of the sandwiching body 6 It is sufficient to use the sandwiching body 6 having such a feature that the light reflection suppressing portion is formed by applying the above.
  • Examples of materials having low light reflectivity include various glass materials and various resin materials among the various materials described above. Since these materials have relatively high translucency, they can be said to have relatively low light reflectivity. Among them, it is preferable to obtain the sandwich body 6 having a transmittance of 50% or more for light with a wavelength of 400 to 1600 nm using borosilicate glass, quartz glass, acrylic resin, polycarbonate resin, or the like.
  • a process for suppressing light reflection for example, a process of roughening the lower surface 61 of the sandwiching body 6 (roughening process), a material having low light reflectivity as described above on the lower surface 61 of the sandwiching body 6 is used. And the like (film formation process).
  • Examples of the surface roughening treatment include sand blast treatment, shot blast treatment, laser processing, dry etching processing, and wet etching processing.
  • examples of the film forming process include physical vapor deposition such as vacuum vapor deposition and sputtering, chemical vapor deposition such as plasma CVD and thermal CVD, and plating treatment such as electrolytic plating and electroless plating.
  • the optical waveguide module 1 shown in FIG. 1 has a pin (guide portion) 21 provided on the upper surface of the first substrate 2 and protruding upward.
  • the pins 21 are provided at two opposing positions among the four corners on the first substrate 2 that form a quadrangle in plan view.
  • the lens array 4, the optical waveguide 5 and the sandwiching body 6 have through holes (guided portions) 42, 57 and 62 provided at positions corresponding to the arrangement of the pins 21. These through holes 42, 57, and 62 can be inserted through the pins 21, respectively. That is, the laminated body 7 including the lens array 4, the optical waveguide 5, and the sandwiching body 6 has a through hole (guided portion) 71 through which the pin 21 can be inserted.
  • the positional relationship between the light emitting portion 31 of the optical element 3 and the pin 21 on the first substrate 2 is set to be the same as the positional relationship between the mirror 56 of the optical waveguide 5 and the through hole 71 in the laminate 7. ing. That is, the separation distance and angle from the pin 21 of the light emitting unit 31 in the first substrate 2 are set to be the same as the separation distance and angle from the through hole 71 of the mirror 56 in the multilayer body 7.
  • the positional relationship between the lens portion 41 and the through hole 71 in the lens array 4 is set to be the same as the positional relationship described above.
  • the alignment can be easily performed without fine adjustment (alignment) of the mutual position. For this reason, the optical waveguide module 1 can be easily manufactured, and the manufacturing yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
  • the pin 21 only needs to be fixed so as to protrude upward from the upper surface of the first substrate 2 (the surface of the first substrate 2 on the lens array 4 side).
  • the pin 21 is a recess provided in the first substrate 2.
  • it may be fixed by being inserted into the through hole, or may be fixed to the upper surface of the first substrate 2 with an adhesive.
  • the shape of the pin 21 is not particularly limited, but may be a columnar shape, a prismatic shape, or the like.
  • the through hole 71 is inserted into the pin 21 to guide the position of the laminate 7 in the surface direction.
  • the shape of the through hole 71 is not particularly limited, but may be a columnar shape, a prismatic shape, or the like, and preferably the same shape as the pin 21.
  • the through hole 71 may have a size that allows the pin 21 to be inserted, but when the outer diameter of the pin 21 is 1, the lower limit of the inner diameter is usually about 1, and preferably 1. 005, more preferably about 1.03, and still more preferably about 1.10. On the other hand, the upper limit of the inner diameter is preferably about 1.50, more preferably about 1.40, and still more preferably about 1.2.
  • the through hole 71 can be formed by, for example, laser drilling, drilling, punching, or the like.
  • the outer diameter of the pin 21 is appropriately set according to the required strength, the size of the first substrate 2, etc., and is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 2 mm, preferably about 0.3 to 1 mm. It is more preferable that
  • the constituent material of the pin 21 is not particularly limited, but may be any material having high rigidity. Specifically, various metal materials such as stainless steel and aluminum, various ceramic materials such as alumina and zirconia, quartz Various glass materials such as glass are preferable.
  • the optical waveguide module 1 shown in FIG. 1 has two pins 21 and two through holes 71, but the number of these is not particularly limited, and even if there is only one, the number is three or more. There may be.
  • the two pins 21 have different outer diameters, and accordingly, the two through holes 71 preferably have different inner diameters.
  • the in-plane rotation angle can be uniquely determined.
  • the laminated body 7 is laminated at an angle shifted by 180 ° from the original angle. Can be avoided.
  • the outer diameters of the two pins 21 are sufficiently different, and the two through-holes 71 having a smaller inner diameter may be inserted into the two pins 21 having the larger outer diameter.
  • the respective outer and inner diameters are optimized so that they cannot. Thereby, it can prevent reliably that the laminated body 7 is laminated
  • the outer diameters are preferably different from each other, and the inner diameters of the through holes 71 are preferably different from each other accordingly.
  • the pin 21 and the through-hole 71 function as a guide portion and a guided portion that guide the stack position of the stacked body 7 with respect to the first substrate 2.
  • the laminate 7 can be removed from the first substrate 2 in the non-guide state.
  • the laminate 7 can be easily replaced, so that the ease of maintenance is enhanced.
  • the optical waveguide, the lens array, and the sandwiching body constituting the laminated body 7 are also guided by the guided portions provided respectively, and can be individually replaced. For this reason, the cost concerning replacement can be reduced.
  • the laminate 7 is temporarily fixed to the first substrate 2 by its own weight, but in order to securely fix these,
  • the laminate 7 and the first substrate 2 as well as the layers of the laminate 7 are preferably fixed using an adhesive or the like.
  • thermoplastic polyimide adhesive agents such as a polyimide, a polyimide amide, a polyimide amide ether, a polyester imide, a polyimide ether, are mentioned.
  • the adhesive or the like is preferably applied to a region that does not interfere with the optical axis described above, but the application region is not limited when the adhesive or the like has translucency.
  • the layers of the laminate 7 need to be bonded, it is preferable that at least one of the layers is bonded.
  • a screw 211 is cut at the tip portion 210 of the pin 21 shown in FIG. 1, and the tip portion 210 protrudes from the upper surface of the sandwiching body 6.
  • yarn was cut by the internal diameter is screwing together with the screw
  • the sandwiching body 6 is pressed downward and fixed to the pin 21. That is, the nut 212 functions as a fixing portion that fixes the sandwich body 6 by pressing the laminated body 7 toward the first substrate 2 side.
  • the position of the laminated body 7 in the surface direction is accurately guided with respect to the first substrate 2, and the clamping body 6 is fixed.
  • the state can be reliably maintained.
  • the optical waveguide module 1 having a simple structure and low optical loss can be obtained.
  • the fixed state of the laminate 7 can be easily released.
  • screw 211 cut into the pin 21 is not limited to the tip, and may be cut into the entire pin 21.
  • the nut 212 does not have to be a screw whose inner diameter is cut (for example, a hexagon nut, a square nut, a wing nut, a plate nut, etc.), such as a C-type retaining ring or an E-type retaining ring.
  • a screw whose inner diameter is cut for example, a hexagon nut, a square nut, a wing nut, a plate nut, etc.
  • Various retaining rings can be substituted. Since these nuts (including retaining rings) are detachable, they are useful in that the clamping body 6 can be freely fixed and released.
  • the fixing portion may be built in the sandwiching body 6.
  • the sandwiching body 6 has a spring protruding into the through hole 62, and when the pin 21 is inserted into the through hole 62, the spring contracts to bias the pin 21, thereby A mechanism for fixing to the pin 21 can also be the fixing portion.
  • the clamping body 6 may be fixed to the pin 21 using an adhesive.
  • the adhesive include those described above, and in consideration of maintenance work of the optical waveguide module 1, an adhesive that can release the adhesion after adhesion is also preferably used.
  • Such an adhesive is known as a decomposable adhesive, and is an adhesive whose adhesive force decreases with some external stimulus such as heat and ultraviolet rays.
  • an epoxy-type dismantling adhesive, an acrylic dismantling adhesive, and the like can be given.
  • the left end of the optical waveguide 5 is optically connected to the light emitting portion 31 of the optical element 3 as shown in FIG. 1, while the right end of the optical waveguide 5 is also similar to the optical waveguide module 1 shown in FIG. With this structure, it may be optically connected to an optical element having a light receiving portion, or another connector may be provided. Examples of such a connector include a PMT connector used for connection with an optical fiber.
  • an optical splitter for branching the core portion 54 into a plurality may be interposed in the middle of the optical waveguide 5. In this case, you may make it provide the optical waveguide module 1 shown in FIG. 1, and various connectors with respect to the several edge part after a branch.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a modification of the guide portion, the guided portion, and the fixed portion of the first embodiment.
  • FIG. 4 is the same as the sandwiching body 6 according to the first embodiment except that the sandwiching body 6 shown in FIG. 4 has not a through hole but a recess 63 that opens downward (on the optical waveguide 5 side). Such a sandwiching body 6 is more likely to be manufactured without fear of being erroneously stacked on the opposite side.
  • the inner diameter of the recess 63 is partially reduced along the way, and has a claw shape protruding inward. This portion is referred to as a reduced diameter portion 631.
  • the pin 21 shown in FIG. 4 has a groove shape in which the outer diameter of a portion located slightly on the proximal side from the distal end portion 213 is partially reduced instead of a screw. This portion is referred to as a reduced diameter portion 214.
  • the tip portion 213 of the pin 21 pushes the reduced diameter portion 631 open.
  • the reduced diameter portion 631 (claw) that has been pushed and expanded returns elastically, and the reduced diameter portion 631 of the recessed portion 63 becomes the reduced diameter portion of the pin 21. It enters the state 214 (groove).
  • the claw-shaped reduced diameter portion 631 is caught by the groove-shaped reduced diameter portion 214, and the sandwiching body 6 is fixed to the pin 21. That is, the claw-like reduced diameter portion 631 and the groove-like reduced diameter portion 214 can be a fixing portion that fixes the sandwiching body 6 to the pin 21.
  • the reduced diameter portion 631 needs to be elastically deformed, as the constituent material of the sandwiching body 6, for example, various metal materials having elastic deformability, various resin materials, and the like are preferably used.
  • the metal material for example, stainless steel and aluminum are preferably used.
  • the resin material for example, an acrylic resin or a polycarbonate resin is preferably used.
  • the pin 21 described above is an example of a guide portion
  • the through hole 71 and the concave portion 63 are examples of a guided portion
  • the guide portion and the guided portion may be other types.
  • a claw-like member that is provided on the end surface of the first substrate 2 and hooks on the edge from the outside of the laminate 7 can be used.
  • the position of the stacked body 7 can be accurately aligned with the first substrate 2. That is, the position of the laminated body 7 with respect to the first substrate 2 is uniquely determined by the claw-shaped member coming into contact with the end surface of the laminated body 7.
  • 5A and 5B are partial cross-sectional views showing a second embodiment of the optical waveguide module of the present invention.
  • the second embodiment will be described, the description will focus on differences from the first embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
  • 5A and 5B components similar to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those described above, and detailed description thereof is omitted.
  • the optical waveguide module 1 shown in FIGS. 5A and 5B is the same as that of the first embodiment except that the configurations of the guide portion and the guided portion are different.
  • the outer diameter on the distal end side is relatively smaller than the outer diameter on the proximal end side. That is, the outer diameter of the pin 21 shown in FIG. 5A gradually decreases toward the tip.
  • the through holes 71 provided with the laminated body 7 are different in each of the lens array 4, the optical waveguide 5, and the sandwiching body 6 constituting the laminated body 7.
  • the inner diameter of the through hole 62 provided in the sandwiching body 6 is smaller than the inner diameter of the through hole 57 provided in the optical waveguide 5, and the inner diameter of the through hole 57 provided in the optical waveguide 5 is equal to the lens array.
  • 4 is preferably smaller than the inner diameter of the through-hole 42 provided in 4.
  • the lens array 4, the optical waveguide 5, and the sandwiching body 6 are naturally fixed at different heights. That is, in this case, as long as each through-hole 42, 57, 62 is inserted into the pin 21, both can be easily fixed, and the fixing heights are different from each other.
  • the lens array 4, the optical waveguide 5, and the sandwiching body 6 are naturally parallel to the first substrate 2. Thereby, in particular, the accuracy of the fixed position of the lens array 4 is increased, and the position of the focal point of the lens unit 41 can be strictly controlled.
  • the gap (clearance) between the two gradually decreases, and finally the inner surface of each of the through holes 42, 57, 62 and the outer surface of the pin 21. And touch.
  • the positions of the through holes 42, 57, and 62 converge to one point with respect to the pin 21, and there is no room to change based on the gap, so that the lens array 4, the optical waveguide 5, and the sandwiching body 6
  • the position with respect to the pin 21 is controlled more accurately. Therefore, in this embodiment, the alignment accuracy is further increased.
  • the change rate of the outer diameter of the pin 21 and the inner diameters of the through holes 42, 57, and 62 are the distances between the lens array 4, the optical waveguide 5, and the sandwiching body 6 from the first substrate 2 (the optical element 3). It is appropriately set according to the design value.
  • the taper may be applied to the entire pin 21, but may be applied partially. Moreover, you may make the shape of each through-hole 42, 57, 62 into a taper shape as needed.
  • Each through hole 42, 57, 62 shown in FIG. 5B has a relatively large inner diameter at the lower end and a relatively small inner diameter at the upper end. That is, the inner diameters of the through holes 42, 57, and 62 shown in FIG. 5B are tapered so as to gradually become smaller upward.
  • the rate of change of the inner diameter is the same as the rate of change of the outer diameter of the pin 21, when the through holes 42, 57, 62 are inserted through the pins 21, the outer surface shape of the pin 21 and the through holes Since the inner shapes of 42, 57, and 62 are matched, the lens array 4, the optical waveguide 5, and the sandwiching body 6 can be more reliably fixed to the pin 21, and the alignment accuracy is further improved. .
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a modification of the guide portion and the guided portion of the second embodiment.
  • the outer diameter of the pin 21 shown in FIG. 6 does not change in a tapered shape but is reduced in a stepped manner toward the tip, and the pin 21 shown in FIG. 6 has three step surfaces 21A and 21B associated with the steps. , 21C.
  • the lens array 4, the optical waveguide 5, and the sandwiching body 6 are placed on the step surfaces 21A, 21B, and 21C, so that the alignment is performed.
  • the outer diameter 21a of the pin 21 immediately above the step surface 21A is an outer diameter through which the through hole 42 can be inserted and an outer diameter through which the through hole 57 cannot be inserted.
  • the outer diameter 21b of the pin 21 immediately above the step surface 21B is preferably an outer diameter through which the through hole 57 can be inserted and an outer diameter through which the through hole 62 cannot be inserted.
  • the outer diameter 21c of the pin 21 directly above the step surface 21C is an outer diameter through which the through hole 62 can be inserted.
  • the lens array 4 As described above, by appropriately setting the outer diameters 21a, 21b, 21c of the pins 21 and the inner diameters of the through holes 42, 57, 62, the lens array 4, the optical waveguide 5 and the sandwiching body 6 with respect to the first substrate 2 are set.
  • the separation distance can be adjusted as designed. Further, if the shapes of all the pins 21 are set as described above, the lens array 4, the optical waveguide 5, and the sandwiching body 6 are naturally parallel to the first substrate 2. Thereby, in particular, the accuracy of the fixed position of the lens array 4 is increased, and the position of the focal point of the lens unit 41 can be strictly controlled.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the optical waveguide module of the present invention. Note that the arrows shown in FIG. 7 indicate the traveling direction of the light emitted from the optical element 3.
  • optical waveguide module 1 shown in FIG. 7, two optical waveguides 5 are laminated, four optical elements 3 are mounted, and the lenses of the lens array 4 are arranged in accordance with the arrangement of the light emitting portions 31 of the optical elements 3. It is the same as that of 1st Embodiment except the number of the parts 41 increasing.
  • the four optical elements 3 shown in FIG. 7 are arranged in parallel on the first substrate 2.
  • the leftmost optical element 3 and the third optical element 3 from the left have the same position in the Y direction, while the remaining two optical elements 3 are arranged so as to be shifted in the Y direction therefrom. Yes. This amount of deviation is the same as in the first embodiment.
  • the two-layer optical waveguide 5 may have different numbers, lengths, widths, intervals, and the like of the core portions 54, but is the same in this embodiment. Thus, by laminating
  • through-holes 57 are respectively formed in the two-layer optical waveguides 5, and the two-layer optical waveguides 5 can be aligned simultaneously by inserting these through-holes 57 into the pins 21. .
  • the number of stacked optical waveguides 5 may be three or more, and the number of optical elements 3 may be three or five or more.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of the optical waveguide module of the present invention.
  • the fourth embodiment will be described, the description will focus on the differences from the first embodiment, and the description of the same matters will be omitted.
  • the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those described above, and detailed description thereof is omitted.
  • a second substrate 8 is added between the first substrate 2 and the lens array 4, and the optical element 3 is mounted on the first substrate 2.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except that it is mounted on the second substrate 8. That is, the laminated body 7 is formed by laminating the second substrate 8, the lens array 4, the optical waveguide 5 and the sandwiching body 6.
  • the second substrate 8 is also provided with a through-hole 82, and the through-holes 82, 42, 57, 62 constitute a through-hole 71 that penetrates the stacked body 7. Therefore, by inserting the through hole 71 into the pin 21, the alignment of the second substrate 8, the lens array 4, the optical waveguide 5 and the sandwiching body 6 is completed.
  • a film substrate (flexible substrate) or a rigid substrate can be used as the second substrate 8.
  • the film substrate include a polyester copper-clad film substrate, a polyimide copper-clad film substrate, and an aramid copper-clad film substrate
  • the rigid substrate include a glass epoxy copper-clad laminate (FR-4, FR- 5), ceramic substrate, glass substrate, silicon substrate and the like.
  • the average thickness of the second substrate 8 is not particularly limited, but is preferably about 0.05 to 2 mm, more preferably about 0.1 to 1 mm. Since the second substrate 8 having such a thickness has sufficient rigidity, the optical element 3 can be reliably supported.
  • electrical wiring (not shown) is provided on the second substrate 8.
  • This electrical wiring is, for example, a method of patterning a conductor layer (for example, a copper foil of a copper-clad film substrate) provided on the second substrate 8, a method of printing conductive ink on the second substrate 8, It is formed by a method of transferring a conductor layer patterned in advance.
  • Such electrical wiring is used, for example, for exchanging electrical signals with the optical element 3 and for sending electric power to the optical element 3.
  • a second electrode pad 81 connected to the electrical wiring is provided on the lower surface (surface on the first substrate 2 side) of the second substrate 8, and the upper surface of the first substrate 2 (second surface).
  • the first electrode pads 22 corresponding to the arrangement of the second electrode pads 81 are provided on the surface of the substrate 8.
  • the second electrode pad 81 is electrically connected to the optical element 3 provided on the upper surface (surface on the lens array 4 side) of the second substrate 8.
  • electrically connected means that electric signals can be transmitted and electric power can be transmitted and received.
  • the second electrode pad 81 is opposed to and in contact with the first electrode pad 22 provided on the first substrate 2, so that the second electrode pad 81 faces the upper surface of the second substrate 8 (the surface on the lens array 4 side). Electrical connection between the provided optical element 3 and the electric wiring on the first substrate 2 can be achieved. Thereby, even if the optical element 3 is mounted on the second substrate 8 different from the first substrate 2, the operation of the optical element 3 can be controlled from the first substrate 2 side.
  • the second substrate 8 since the second substrate 8 is aligned by inserting the through hole 82 into the pin 21, the second substrate 8 can be easily replaced by removing the second substrate 8 from the pin 21. For this reason, the optical waveguide module 1 can be easily repaired even when a defect occurs in the optical element 3.
  • the electronic device (the electronic device of the present invention) including the optical waveguide module of the present invention can be applied to any electronic device that performs signal processing of both an optical signal and an electric signal.
  • a router device, a WDM device, Application to electronic devices such as mobile phones, game machines, personal computers, televisions, home servers, etc. is preferable.
  • an arithmetic device such as an LSI and a storage device such as a RAM. Therefore, since such an electronic device includes the optical waveguide module of the present invention, problems such as noise and signal degradation peculiar to the electric wiring are eliminated, and a dramatic improvement in performance can be expected.
  • the amount of heat generated in the optical waveguide portion is greatly reduced compared to electrical wiring. Therefore, the degree of integration in the substrate can be increased to reduce the size, the power required for cooling can be reduced, and the power consumption of the entire electronic device can be reduced.
  • the embodiments of the optical waveguide module and the electronic device of the present invention have been described. It can be replaced with the configuration of Moreover, arbitrary components may be added, and a plurality of embodiments may be combined.
  • a cover film may be laminated on each of the upper surface and the lower surface of the optical waveguide 5.
  • the optical waveguide 5 can be reliably protected by the cover film.
  • a cover film the thing similar to the 2nd board
  • an optical waveguide module that has low optical loss, reduced noise generation, and is easy to manufacture and maintain. Further, by providing such an optical waveguide module, a highly reliable electronic device is provided.

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Abstract

 光導波路モジュール(1)は、第1の基板(2)と、第1の基板(2)上に設けられ、発光部(31)を有する光素子(3)と、光素子(3)の上方に設けられ、レンズアレイ(4)、層状の光導波路(5)および挟持体(6)が下方からこの順で積層されてなる積層体(7)と、を有し、光素子(3)と光導波路(5)とがレンズアレイ(4)を介して光学的に接続されている。第1の基板(2)は、第1の基板(2)に固定されたピン(ガイド部)(21)を備え、かつ、レンズアレイ(4)、光導波路(5)および挟持体(6)は、それぞれピン(21)に挿通することによって面内位置が案内される貫通孔(42)、(57)、(62)を備えている。

Description

光導波路モジュールおよび電子機器
 本発明は、光導波路モジュールおよび電子機器に関するものである。
 本願は、2010年8月17日に、日本に出願された特願2010-182407号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 近年、情報化の波とともに、大容量の情報を高速でやりとりできる広帯域回線(ブロードバンド)の普及が進んでいる。また、これらの広帯域回線に情報を伝送する装置として、ルーター装置、WDM(Wavelength Division Multiplexing)装置等の伝送装置が用いられている。これらの伝送装置内には、LSIのような演算素子、メモリーのような記憶素子等が組み合わされた信号処理基板が多数設置されており、各回線の相互接続を担っている。
 各信号処理基板には、演算素子や記憶素子等が電気配線で接続された回路が構築されているが、近年、処理する情報量の増大に伴って、各基板では、極めて高いスループットで情報を伝送することが要求されている。しかしながら、情報伝送の高速化に伴い、クロストークや高周波ノイズの発生、電気信号の劣化、特性インピーダンスの不整合等の問題が顕在化しつつある。このため、電気配線がボトルネックとなって、信号処理基板のスループットの向上が困難になっている。
 一方、光搬送波を使用してデータを移送する光通信技術が開発され、近年、この光搬送波を、一地点から他地点に導くための手段として、光導波路が普及しつつある。この光導波路は、線状のコア部と、その周囲を覆うように設けられたクラッド部とを有している。コア部は、光搬送波の光に対して実質的に透明な材料によって構成され、クラッド部は、コア部より屈折率が低い材料によって構成されている。
 このような光導波路では、コア部の一端から導入された光が、クラッド部との境界で反射しながら他端に搬送される。光導波路の入射側には、半導体レーザー等の発光素子が配置され、出射側には、フォトダイオード等の受光素子が配置される。発光素子から入射された光は光導波路を伝搬し、受光素子により受光され、受光した光の明滅パターン等に基づいて通信を行う。
 特許文献1には、光導波路と、この光導波路と光学的に接続された発光素子および/または受光素子を含む光学素子と、光導波路と光学素子との間に設けられたコリメートレンズと、を備えた光電伝送デバイスが提案されている。この光電伝送デバイスでは、光導波路およびコリメートレンズが、凹部を有する位置決め部に固定されており、一方、光学素子が、凸部を有する位置決め部に固定されている。そして、凹部と凸部とを嵌合させることにより、光導波路、コリメートレンズおよび光学素子の位置合わせがなされ、これらの光軸を正確に合わせることができるとされている。
 ところで、特許文献1に記載の光電伝送デバイスでは、光導波路およびコリメートレンズを、あらかじめ位置決め部に対して正確に固定しておく必要がある。しかしながら、この際の位置合わせでは、それぞれの光軸を確認しつつ位置の微調整を繰り返さなければならない。すなわち、光導波路およびコリメートレンズを位置決め部に固定した後は、凹部と凸部の嵌合を利用して容易に位置合わせを行うことができるものの、その前の段階では、凹部と凸部の嵌合を利用することはできず、このような簡単な位置合わせを行うことは困難であった。
 また、光導波路およびコリメートレンズを位置決め部に固定する場合、その固定には通常、接着剤が用いられる。しかしながら、接着後の光電伝送デバイスに対して保守作業を行う際、接着剤で固定された光導波路やコリメートレンズは取り外すことができない。このため、部分的な交換による修理を行うことができず、保守の容易性が低いという課題があった。
特開2009-180998号公報
 本発明の目的は、光素子に対して光導波路やレンズアレイを容易かつ正確に位置合わせすることができ、かつ、保守の際にこれらを容易に取り外すことのできる光導波路モジュールおよびかかる光導波路モジュールを備える電子機器を提供することにある。
 このような目的は、下記(1)~(33)により達成される。
(1)第1の基板と、
 前記第1の基板の一方の面側に積層された第2の基板と、
 前記第2の基板の一方の面上に設けられ、発光部または受光部を有する光素子と、
 前記第2の基板を介して前記第1の基板とは反対側に設けられた、レンズアレイ、層状の光導波路、および挟持体が、前記第2の基板側からこの順で積層されてなる積層体と、を有し、
 前記光素子と前記光導波路とが前記レンズアレイを介して光学的に接続されてなる光導波路モジュールであって、
 前記第1の基板と前記挟持体のどちらか一方に、ガイド部が固定され、かつ、前記第1の基板と前記挟持体の他方、前記第2の基板、前記レンズアレイ、および前記光導波路には、それぞれ、前記ガイド部によって少なくともその面内位置が案内される被ガイド部が備えられていることを特徴とする光導波路モジュール。
(2)前記光素子は、前記第2の基板の前記レンズアレイ側の面上に設けられ、
 前記第1の基板の前記第2の基板側の面上には、第1の電極パッドが設けられ、
 前記第2の基板の前記第1の基板側の面上には、前記光素子と電気的に接続された第2の電極パッドが設けられ、
 前記第1の電極パッドと前記第2の電極パッドとが対向して接触することにより、これらが電気的に接続されている前記(1)に記載の光導波路モジュール。
(3)前記光導波路には、光路変換部が設けられており、
 前記光素子と前記光導波路とが、前記光路変換部を更に介して光学的に接続されている前記(1)または(2)に記載の光導波路モジュール。
(4)前記挟持体の前記光導波路側の面に、光反射抑制部が設けられている前記(1)ないし(3)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(5)前記挟持体の波長400nm~1600nmの光に対する透過率が50%以上である前記(1)ないし(3)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(6)前記被ガイド部が備えられる前記第1の基板または前記挟持体と、前記第2の基板と、前記レンズアレイと、前記光導波路とは、それぞれ、前記ガイド部が備えられる前記第1の基板または前記挟持体に対して、着脱可能になっている前記(1)ないし(5)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(7)前記ガイド部は、前記第1の基板または前記挟持体の一方の面側に突出するピンで構成されており、
 前記各被ガイド部は、前記第1の基板または前記挟持体と、前記第2の基板と、前記レンズアレイと、前記光導波路とを、それぞれ貫通し、前記ピンを挿通可能な貫通孔で構成されている、前記(1)ないし(6)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(8)前記ピンに対して、前記貫通孔が形成される前記第1の基板または前記挟持体を固定する固定部を有する前記(7)に記載の光導波路モジュール。
(9)前記第1の基板および前記挟持体は、その形状が平面視で四角形をなしており、前記貫通孔は、前記四角形の四隅のうち、少なくとも2箇所に形成されている前記(7)または(8)に記載の光導波路モジュール。
(10)前記ガイド部は、前記第1の基板または前記挟持体の一方の面側に突出するピンで構成されており、
 前記各被ガイド部は、それぞれ、前記第2の基板、前記レンズアレイ、および前記光導波路を貫通し、前記ピンを挿通可能な貫通孔と、前記第1の基板または前記挟持体に設けられ、前記ピンを挿入可能な凹部とで構成されている、前記(1)ないし(6)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(11)前記凹部が形成される前記第1の基板または前記挟持体を、前記ピンに対して固定する固定部が、前記凹部が形成される前記第1の基板または前記挟持体に設けられている、前記(10)に記載の光導波路モジュール。
(12)前記第1の基板および前記挟持体は、その形状が平面視で四角形をなしており、前記凹部は、前記四角形の四隅のうち、少なくとも2箇所に形成されている前記(10)または(11)に記載の光導波路モジュール。
(13)前記ピンは、先端側の外径が基端側の外径に比べて相対的に小さくなっている少なくとも1つの段差部を有しており、前記レンズアレイが有する前記貫通孔の内径は、前記段差部の基端側の外径より小さく、前記段差部の先端側の外径より大きい前記(7)ないし(12)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(14)前記ピンは、先端側の外径が基端側の外径に比べて徐々に小さくなっているテーパー部を有しており、前記レンズアレイが有する前記貫通孔の内径は、前記テーパー部の基端の外径より小さく、前記テーパー部の先端の外径より大きい前記(7)ないし(12)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(15)前記光導波路が少なくとも2層積層されてる前記(1)ないし(14)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(16)前記第1の基板と第2の基板との間、前記第2の基板と前記レンズアレイとの間、前記レンズアレイと前記光導波路との間、および、前記光導波路と前記挟持体との間、の少なくとも1箇所が、接着剤で接着されている前記(1)ないし(15)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(17)第1の基板と、
 前記第1の基板の一方の面上に設けられ、発光部または受光部を有する光素子と、
 前記光素子を介して前記第1の基板とは反対側に設けられた、レンズアレイ、層状の光導波路および挟持体が前記光素子側からこの順で積層されてなる積層体と、を有し、前記光素子と前記光導波路とが前記レンズアレイを介して光学的に接続されてなる光導波路モジュールであって、
 前記第1の基板と前記挟持体のどちらか一方にガイド部が固定され、かつ、前記第1の基板と前記挟持体の他方、前記レンズアレイ、および前記光導波路には、それぞれ前記ガイド部によって少なくともその面内位置が案内される被ガイド部が備えられていることを特徴とする光導波路モジュール。
(18)前記光導波路には、光路変換部が設けられ、
 前記光素子と前記光導波路とが、前記光路変換部を更に介して光学的に接続されている前記(17)に記載の光導波路モジュール。
(19)前記挟持体の前記光導波路側の面に、光反射抑制部が設けられている前記(17)または(18)に記載の光導波路モジュール。
(20)前記挟持体の波長400~1600nmの光に対する透過率が50%以上である前記(17)または(18)に記載の光導波路モジュール。
(21)前記ガイド部は、前記第1の基板または前記挟持体の一方の面側に突出するピンで構成されており、
 前記各被ガイド部は、前記第1の基板または前記挟持体と、前記レンズアレイと、前記光導波路とをそれぞれ貫通し、前記ピンを挿通可能な貫通孔で構成されている前記(17)ないし(20)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(22)前記ピンに対して、前記貫通孔が形成される前記第1の基板または前記挟持体を固定する固定部を有する前記(21)に記載の光導波路モジュール。
(23)前記ピンは、少なくともその先端部にネジが切られたものであり、かつ、前記固定部は、前記ピンに螺合するナットで構成されており、
 前記ピンに螺合した前記ナットにより、前記積層体は前記第1の基板側に押圧、または、前記第1の基板と、前記レンズアレイと、前記光導波路とが、前記挟持体側に押圧され、固定されている前記(22)に記載の光導波路モジュール。
(24)前記第1の基板および挟持体は、その形状が平面視で四角形をなしており、前記貫通孔は、前記四角形の四隅のうち、少なくとも2箇所に設けられている前記(21)ないし(23)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(25)前記ガイド部は、前記第1の基板または前記挟持体の一方の面側に突出するピンで構成されており、
 前記各被ガイド部は、それぞれ、前記レンズアレイおよび前記光導波路を貫通し、前記ピンを挿通可能な貫通孔と、前記第1の基板または前記挟持体に設けられ、前記ピンを挿入可能な凹部とで構成されている前記(17)ないし(20)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(26)前記凹部が設けられる前記第1の基板または前記挟持体を、前記ピンに対して固定する固定部を、前記凹部が設けられる前記第1の基板または前記挟持体に有する前記(25)に記載の光導波路モジュール。
(27)前記第1の基板および挟持体は、その形状が平面視で四角形をなしており、前記凹部は、前記四角形の四隅のうち、少なくとも2箇所に設けられている前記(25)または(26)に記載の光導波路モジュール。
(28)前記ピンは、先端側の外径が基端側の外径に比べて相対的に小さくなっている少なくとも1つの段差部を有しており、前記レンズアレイが有する前記貫通孔の内径は、前記段差部の基端側の外径より小さく、前記段差部の先端側の外径より大きい前記(21)ないし(27)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(29)前記ピンは、先端側の外径が基端側の外径に比べて徐々に小さくなっているテーパー部を有しており、前記レンズアレイが有する前記貫通孔の内径は、前記テーパー部の基端の外径より小さく、前記テーパー部の先端の外径より大きい前記(21)ないし(27)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(30)前記光導波路が少なくとも2層積層されている前記(17)ないし(29)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(31)前記第1の基板と前記レンズアレイとの間、前記レンズアレイと前記光導波路との間、および、前記光導波路と前記挟持体との間、の少なくとも1箇所が、接着剤で接着されている前記(17)ないし(30)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(32)前記被ガイド部が備えられる前記第1の基板または前記挟持体と、前記レンズアレイと、前記光導波路とは、それぞれ、前記ガイド部が固定される前記第1の基板または前記挟持体に対して、着脱可能になっている前記(17)ないし(31)のいずれかに記載の光導波路モジュール。
(33)前記(1)ないし(32)のいずれかに記載の光導波路モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
 本発明によれば、第1の基板と挟持体のどちらか一方にガイド部が設けられており、かつ、前記第1の基板と前記挟持体の他方、光導波路、およびレンズアレイに被ガイド部が設けられているので、ガイド部に対して被ガイド部を案内させることにより、相互の位置を容易かつ正確に合わせることができ、光損失が少ない光導波路モジュールが得られる。
 また、ガイド部に対する被ガイド部のガイド状態を解除すれば、光導波路モジュールから光導波路やレンズアレイを取り外し、個別に交換することができるので、保守の容易性および低コスト化が可能な光導波路モジュールが得られる。
 また、光素子が第2の基板に実装されている場合においては、目的、用途に応じ任意に設計された第2の基板を取り替えて用いることができる。また故障しやすい傾向にある光素子をより容易に交換することが可能な光導波路モジュールが得られる。
 また、光路変換部が光導波路に設けられている場合には、より容易に光軸を合わせることができ、光路変換に伴う光損失を抑制し、高品質な光通信を行うことのできる光導波路モジュールが得られる。
 また、挟持体の光導波路側の面に光反射抑制部が設けられている場合、あるいは、挟持体の波長400~1600nmの光に対する透過率が50%以上である場合、光路変換部で光路変換されずに挟持体に到達した光が、挟持体により反射されて光導波路に入射することを防ぎ、ノイズをより低減させることが可能な光導波路モジュールが得られる。
 また、ガイド部として、第1の基板または挟持体のどちらか一方から突出させたピンを用い、被ガイド部として、第1の基板または挟持体の他方、光導波路、およびレンズアレイを貫通する貫通孔を用いた場合、単にピンに対して貫通孔を挿通しさえすれば、相互の位置合わせを容易に行うことができるので、光損失の少なく、かつ製造が容易な光導波路モジュールが得られる。
 また、このような光導波路モジュールを備えることにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
本発明の光導波路モジュールの第1実施形態を示す分解斜視図である。 図1に示す光導波路を個別に示す斜視図(一部透過して示す)である。 図1に示すA-A線断面図である。 第1実施形態のガイド部、被ガイド部および固定部の変形例を示す部分断面図である。 本発明の光導波路モジュールの第2実施形態の一例を示す部分断面図である。 本発明の光導波路モジュールの第2実施形態の他の例を示す部分断面図である。 第2実施形態のガイド部および被ガイド部の変形例を示す部分断面図である。 本発明の光導波路モジュールの第3実施形態を示す断面図である。 本発明の光導波路モジュールの第4実施形態を示す断面図である。
 以下、本発明の光導波路モジュールおよび電子機器について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
 <光導波路モジュール>
 (第1実施形態)
 まず、本発明の光導波路モジュールの第1実施形態について説明する。
 図1は、本発明の光導波路モジュールの第1実施形態を示す分解斜視図、図2は、図1に示す光導波路を個別に示す斜視図(一部透過して示す)、図3は、図1に示すA-A線断面図である。なお、以下の説明では、図1~3の上側を「上」、下側を「下」という。また、図1~3では、厚さ方向を強調して描いている。
 図1に示す光導波路モジュール1は、第1の基板2と、その面上に設けられた光素子3と、光素子3を介して第1の基板2とは反対側に設けられた、レンズアレイ4、光導波路5、および挟持体6が、光素子3側からこの順で積層されてなる積層体7と、を有し、光素子3と光導波路5とがレンズアレイ4を介して光学的に接続され、第1の基板2に設けられた電気配線を伝送される電気信号と、光導波路5を伝送される光信号とを相互に変換し得るものである。
 光素子3は、電気信号を光信号に変換し、発光部から光信号を発光して光導波路5に入射させる発光素子、または、光導波路5から出射された光信号を受光部で受光して電気信号に変換する受光素子のいずれか、あるいは、双方の機能を有する複合素子である。
 図1に示す光導波路モジュール1では、第1の基板2に設けられたピン(ガイド部)21に対して、積層体7に設けられた貫通孔(被ガイド部)71が挿通されることにより、第1の基板2の面方向における両者の相対的な位置を一義的に決めることができる。その結果、光素子3の光軸と積層体7の光軸とを高度に一致させることができ、光導波路モジュール1における光損失を抑制することができる。
 前記ピン21は、第1の基板2ではなく、例えば、挟持体6に設けられていても良い。この場合、ピン21を挿通可能な貫通孔は、第1の基板2、レンズアレイ4、および光導波路5に形成され、当該貫通孔にピン21が挿通されることにより、挟持体6の面方向における、第1の基板2、レンズアレイ4、および光導波路5の相対的な位置が一義的に決められる。その結果、第1の基板2にピン21が設けられた場合と同様に、光素子3の光軸と積層体7の光軸とを高度に一致させることができ、光導波路モジュール1における光損失を抑制することができる。
 以下では、前記ピン21は、第1の基板2に設けられている場合について詳述するが、挟持体6に設けられていている場合についても同様である。
 以下、光導波路モジュール1の各部の構成について順次説明する。
 (光導波路)
 光導波路5は、層状でかつ図1のX方向に延伸した細長い帯状をなしており、第1の基板2、光素子3、レンズアレイ4および挟持体6等は、この光導波路5の少なくとも一方の端部近傍に設けられている。
 図2に示す光導波路5は、下方からクラッド層(下部クラッド層)51、コア層53、およびクラッド層(上部クラッド層)52をこの順で積層して構成されている。このうちコア層53には、図2に示すように、平面視で線状のコア部54と、このコア部54の側面に隣接する側面クラッド部55とが形成されている。図2では、8つのコア部54が並列するように、かつ、帯状をなす光導波路5の長手方向に沿って直線状に設けられており、各コア部54の側面にそれぞれ隣接するように複数の側面クラッド部55が設けられている。なお、図2において、クラッド層52は透過して描かれている。
 図2に示す光導波路5では、各コア部54の一方の端部に入射された光を、各コア部54とクラッド部(各クラッド層51、52および各側面クラッド部55)との界面で全反射させ、他方の端部に伝搬させることができる。これにより、出射端で受光した光の明滅パターンまたはその強弱パターン等に基づいて光通信を行うことができる。すなわち、光導波路5は、複数(図2では8つ)のチャンネル(コア部54)を有し、複数の光通信を並行して行うことができるマルチチャンネルの光導波路である。
 各コア部54とクラッド部との界面で全反射を生じさせるためには、界面に屈折率差が存在する必要がある。コア部54の屈折率は、クラッド部の屈折率より大きければよく、その差は特に限定されないものの、0.5%以上であるのが好ましく、0.8%以上であるのがより好ましい。一方、上限値は、特に設定されなくてもよいが、好ましくは5.5%程度とされる。屈折率の差が前記下限値未満であると光を伝達する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えても、光の伝送効率のそれ以上の増大は期待できない。
 なお、前記屈折率差とは、コア部54の屈折率をA、クラッド部の屈折率をBとしたとき、次式で表わされる。
   屈折率差(%)=|A/B-1|×100
 また、図2に示す構成では、各コア部54は、平面視で直線状に形成されているが、途中で湾曲、分岐等していてもよく、その形状は任意である。
 また、各コア部54の横断面形状は、正方形または矩形(長方形)のような四角形であるのが一般的であるが、特に限定されず、真円、楕円のような円形、菱形、三角形、五角形のような多角形であってもよい。
 各コア部54の幅および高さは、特に限定されないが、それぞれ、1~200μm程度であるのが好ましく、5~100μm程度であるのがより好ましく、20~70μm程度であるのがさらに好ましい。
 コア層53の構成材料は、上記の屈折率差が生じる材料であれば特に限定されないが、具体的には、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料の他、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料等である。
 また、これらの中でも特にノルボルネン系樹脂が好ましい。これらのノルボルネン系ポリマーは、例えば、開環メタセシス重合(ROMP)、ROMPと水素化反応との組み合わせ、ラジカルまたはカチオンによる重合、カチオン性パラジウム重合開始剤を用いた重合、これ以外の重合開始剤(例えば、ニッケルや他の遷移金属の重合開始剤)を用いた重合等、公知のすべての重合方法で得ることができる。
 一方、各クラッド層51、52は、それぞれ、コア層53の下部および上部に位置し、各側面クラッド部55とともに、各コア部54の外周を囲むクラッド部を構成する。これにより光導波路5は導光路として機能する。
 クラッド層51、52の平均厚さは、コア層53の平均厚さ(各コア部54の平均高さ)の0.1~1.5倍程度であるのが好ましく、0.2~1.25倍程度であるのがより好ましく、具体的には、クラッド層51、52の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、通常、1~200μm程度であるのが好ましく、5~100μm程度であるのがより好ましく、10~60μm程度であるのがさらに好ましい。これにより、光導波路5が必要以上に大型化(厚膜化)するのを防止しつつ、クラッド層としての機能が好適に発揮される。
 また、各クラッド層51、52の構成材料としては、例えば、前述したコア層53の構成材料と同様の材料を用いることができるが、特にノルボルネン系ポリマーが好ましい。
 また、コア層53の構成材料およびクラッド層51、52の構成材料を選択する場合、両者の間の屈折率差を考慮して材料を選択すればよい。具体的には、コア層53とクラッド層51、52との境界において光を確実に全反射させるため、コア層53の構成材料の屈折率がクラッド層51、52の屈折率に比べ十分に大きくなるように材料を選択すればよい。これにより、光導波路5の厚さ方向において十分な屈折率差が得られ、各コア部54からクラッド層51、52に光が漏れ出るのを抑制することができる。
 なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア層53の構成材料とクラッド層51、52の構成材料との密着性(親和性)が高いことも重要である。
 また、光導波路5の長手方向の途中には、複数のミラー(光路変換部)56が設けられている(図1、2参照)。このミラー56は、光導波路5の途中に掘り込み加工を施し、これにより得られた空間(空洞)の内壁面で構成される。この内壁面の一部は、コア部54を斜め45°に横切る平面であり、この平面がミラー56となる。ミラー56を介して、光導波路5と光素子3とが光学的に接続されている。ここで、「光学的に接続される」とは、光素子3の発光部から出射される光信号が、ミラー56にて光路変換され、光導波路5に入射される、あるいは、光導波路5から出射される光信号が、ミラー56にて光路変換され、光素子3の受光部に入射されることを意味する。
 このように、ミラー56が光導波路5に形成されていることにより、光素子3の光軸と光導波路5の光軸とをより容易に一致させることができ、光導波路モジュール1における光損失を抑制することができる。
 なお、ミラー56には、必要に応じて反射膜を成膜するようにしてもよい。この反射膜としては、Au、Ag、Al等の金属膜が好ましく用いられる。
 また、光導波路5に対する掘り込み加工は、例えば、レーザー加工法、ダイシングソーによるダイシング加工法等により行うことができる。
 (第1の基板)
 第1の基板2は、その上面に光素子3が搭載されており、また、光素子3に接続された図示しない電気配線を有している。
 このような第1の基板2は、絶縁性を有する基板であり、例えば、紙、ガラス布、樹脂フィルム等を基材とし、この基材に、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂等の樹脂材料を含浸させたもの等が挙げられる。
 具体的には、ガラス布・エポキシ銅張積層板等のガラス基材銅張積層板や、ガラス不織布・エポキシ銅張積層板等のコンポジット銅張積層板に使用される絶縁基板のほか、ポリエーテルイミド樹脂基板、ポリエーテルケトン樹脂基板、ポリサルフォン系樹脂基板等の耐熱・熱可塑性の有機系リジッド基板や、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板、炭化ケイ素基板等のセラミックス系リジッド基板が挙げられる。
 また、第1の基板2上に形成された電気配線は、例えば、第1の基板2上に設けられた導体層(例えば銅張積層板の銅箔)をパターニングする方法、導電性インクを第1の基板2上に印刷する方法、あらかじめパターニングされた導体層を転写する方法等により形成される。このような電気配線は、例えば光素子3と電気信号をやりとりしたり、光素子3に電力を送出するのに用いられる。
 第1の基板2の形状は、特に限定されないが、平面視で四角形をなしていることが好ましく、たとえば、平板状や直方体様のブロック状とされる。
 また、第1の基板2の平均厚さは、特に限定されないものの、好ましくは300μm~10mm程度、より好ましくは500μm~8mm程度とされる。このような厚さの第1の基板2は、十分な剛性を有するため、光素子3を確実に支持することができる。
 なお、第1の基板2は、1層の基板であってもよいが、複数層が積層されてなる多層基板(ビルドアップ基板)であってもよい。この場合、多層基板の層間には、パターニングされた導体層が含まれており、そこには任意の電気回路が形成されていてもよい。これにより、第1の基板2が小面積であっても、その内部に複雑な電気回路を構築することができるので、電気回路の高密度化を図ることができる。
 (光素子)
 図1に示す第1の基板2上には、2つの光素子3が搭載されている。
 光素子3は、前述したように、電気信号を光信号に変換し、発光部から光信号を発光して光導波路5に入射させる発光素子、または、光導波路5から出射された光信号を受光部で受光して電気信号に変換する受光素子のいずれか、あるいは、双方の機能を有する複合素子である。
 具体的には、面発光レーザー(VCSEL)、発光ダイオード(LED)等の発光素子や、フォトダイオード(PD、APD)等の受光素子等が挙げられる。なお、本実施形態では、光素子3が発光素子である場合を例に説明する。また、図3に示す矢印は、光素子3から出射した光の進行方向を示している。
 図1に示す2つの光素子3は、それぞれその上面に設けられた複数(図1では4つ)の発光部31を有している。この発光部31は、各光素子3において、Y方向に沿って等間隔で一列に並んでいる。このとき、隣接する発光部31の間隔は、光導波路5のコア部54の間隔の2倍に設定されている。
 また、2つの光素子3は、Y方向にずれて配置されている。このずれ量は、光導波路5のコア部54の間隔に等しくなるよう設定されている。これにより、2つの光素子3の全体で見たとき、隣接する発光部31のY方向における間隔は、光導波路5のコア部54の間隔と等しくなっている。
 一方、各光素子3は、図3に示すように、その下面に各発光部31に対応して設けられた電極パッド32、33を有している。電極パッド32、33に通電することで、発光部31が発光する。
 これらの電極パッド32、33は、前述した第1の基板2上に設けられた電気配線と電気的に接続されている。ここで、「電気的に接続されている」とは、電気信号の伝達や電力の送出入が可能であることを意味する。この接続には、各種ハンダ、各種ろう材を用いて行うことができ、具体的には、Sn-Pb系の鉛ハンダの他、Sn-Ag-Cu系、Sn-Zn-Bi系、Sn-Cu系、Sn-Ag-In-Bi系、Sn-Zn-Al系の各種鉛フリーハンダ、JISに規定された各種低温ろう材等を用いることができる。
 なお、第1の基板2上には、光素子3の他に、必要に応じて電気素子が搭載されていてもよい。かかる電気素子としては、例えば、ドライバーIC、トランスインピーダンスアンプ(TIA)、リミッティングアンプ(LA)、またはこれらの素子を複合したコンビネーションIC、LSI、RAM等が挙げられる。
 前述した電気配線は、電気素子と接続されており、電気素子により光素子3の動作が制御される。
 なお、光素子3および電気素子の少なくとも一方は、モールド樹脂により封止(モールド)されていてもよい。これにより、光素子3および電気素子は、耐候性(耐熱性、耐湿性、気圧変化等)、振動、外力、応力集中、異物付着等から確実に保護される。
 モールド樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、ノルボルネン系樹脂等が挙げられる。
 (レンズアレイ)
 2つの光素子3上には、これらの光素子3を覆うように1つのレンズアレイ(マイクロレンズアレイ)4が積層されている。レンズアレイ4を介して、光素子3と光導波路5が光学的に接続されている。ここで、「光学的に接続される」とは、光素子3の発光部から出射される光信号が、レンズアレイ4にて集光され、光導波路5に入射される、あるいは、光導波路5から出射される光信号が、レンズアレイ4にて集光され、光素子3の受光部に入射されることを意味する。
 図1に示すレンズアレイ4は、平面視で四角形をなす板状部材またはフィルム状部材であり、前述した発光部31の配置に対応させて形成された複数のレンズ部41を有している。レンズ部41は、それぞれ独立した凸レンズであり、発光部31から出射した光を集光させることで、光導波路5のミラー56の有効領域に到達する光量の割合を増やすとともに、ミラー56によって反射された光量の割合を減らすことができる。その結果、ミラー56による光路変換に伴う光損失を抑制し、高品質な光通信を行うことのできる光導波路モジュール1が得られる。
 レンズ部41の平面視形状は円形またはそれに類する形状とされ、表面の断面形状は球面、非球面、放物面等の形状とされる。
 レンズアレイ4の構成材料としては、実質的に透明な材料であればよく、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのような各種ガラス材料、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂のような各種樹脂材料等が挙げられる。
 また、レンズアレイ4は、いかなる方法で製造されたものでもよく、例えば母材にレーザー照射し構造変化を生じさせる方法、型により母材を成形する方法等により製造される。
 なお、図1に示すレンズ部41の形成位置は、発光部31の配置に対応するように設定されているが、特に限定されるものではなく、所定の間隔で規則的あるいは不規則的な位置に設定されていてもよい。
 (挟持体)
 光導波路5上には、挟持体6が積層されている。
 図1に示す挟持体6は、第1の基板2とともにレンズアレイ4および光導波路5を挟持し、これらを安定的に固定する。
 挟持体6の形状は特に限定されないが、平面視で四角形をなしていることが好ましく、例えば、平板状、直方体様のブロック状とされる。このような形状の場合、積層体7を第一の基板2に対して、より均一に押圧することが可能となり、光素子3の光軸と積層体7の光軸をより正確に合わせることができる。
 挟持体6の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、マグネシウムのような各種金属材料、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニアのような各種セラミックス材料、グラファイト、炭素繊維のような各種炭素材料、シリコンのような各種ケイ素材料、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのような各種ガラス材料、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂のような各種樹脂材料等が挙げられる。
 また、挟持体6の下面(光導波路5側の面)61には、光の反射を抑制するものであるのが好ましい。より好ましくは、挟持体6の下面61には、光反射抑制部が形成されている、あるいは、挟持体6の波長400~1600nmの光に対する透過率が50%以上である。これにより、光素子3から出射した光がミラー56で反射される際、ミラー56で反射されずに挟持体6の下面61に到達した光が、再び下方に反射されるのを抑制することができる。その結果、反射光が意図せずコア部54に入射してノイズとなるのを防止することができる。
 ここで、前記透過率とは、分光透過率測定装置によって測定される値である。
 挟持体6の下面61が光の反射を抑制するためには、例えば、挟持体6の構成材料が光反射性の低い材料である、あるいは、挟持体6の下面61に光反射を抑制する処理が施されて光反射抑制部が形成されている等の特徴を有する挟持体6を用いればよい。
 光反射性の低い材料としては、例えば、上述した各種材料の中でも、各種ガラス材料、各種樹脂材料等が挙げられる。これらの材料は、比較的透光性が高いことから、相対的に光反射性が低いといえる。中でも、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等を用いて、波長400~1600nmの光に対する透過率が50%以上である挟持体6を得ることが好ましい。
 一方、光反射を抑制する処理としては、例えば、挟持体6の下面61を粗面化する処理(粗面化処理)、挟持体6の下面61に、前述したような光反射性の低い材料を成膜する処理(成膜処理)等が挙げられる。
 粗面化処理としては、例えば、サンドブラスト処理、ショットブラスト処理、レーザー加工、ドライエッチング加工、ウエットエッチング加工等が挙げられる。
 また、成膜処理としては、例えば、真空蒸着、スパッタリングのような物理蒸着、プラズマCVD、熱CVDのような化学蒸着、電解めっき、無電解めっきのようなめっき処理等が挙げられる。
 (ガイド部および被ガイド部)
 図1に示す光導波路モジュール1は、前述したように、第1の基板2の上面に設けられ、上方に突出するピン(ガイド部)21を有している。このピン21は、平面視で四角形をなす第1の基板2上の四隅のうち、対向する2箇所に設けられている。
 一方、レンズアレイ4、光導波路5および挟持体6は、それぞれピン21の配置に対応する位置に設けられた貫通孔(被ガイド部)42、57、62を有している。これらの貫通孔42、57、62は、それぞれピン21を挿通可能なものである。すなわち、レンズアレイ4、光導波路5および挟持体6からなる積層体7は、ピン21を挿通可能な貫通孔(被ガイド部)71を有している。
 ここで、第1の基板2における光素子3の発光部31とピン21との位置関係は、積層体7における光導波路5のミラー56と貫通孔71との位置関係と同じになるよう設定されている。すなわち、第1の基板2における発光部31のピン21からの離間距離および角度は、積層体7におけるミラー56の貫通孔71との離間距離および角度と同じになるよう設定されている。
 さらには、レンズアレイ4におけるレンズ部41と貫通孔71との位置関係も、上記位置関係と同じになるよう設定されている。
 ピン(ガイド部)21および貫通孔(被ガイド部)71の位置関係を上記のように設定すると、ピン21に対して貫通孔71を挿通したとき、発光部31の光軸、レンズ部41の光軸、およびミラー56の有効領域の中心と、が自ずと一致することとなる。その結果、これらを光結合させたとき、光損失を最小限に抑えることができ、光導波路モジュール1は、高品質の光通信を行い得るものとなる。
 また、ピン21に対して貫通孔71を挿通しさえすれば、相互の位置を微調整(アライメント)することなく、簡単に位置合わせを行うことができる。このため、光導波路モジュール1は、その製造が容易なものとなり、製造歩留まりの向上および製造コストの低減が図られる。
 ピン21は、第1の基板2の上面(第1の基板2のレンズアレイ4側の面)から上方に突出するよう固定されていればよく、例えば、第1の基板2に設けられた凹部または貫通孔に挿通することで固定したり、第1の基板2の上面に接着剤で固定すればよい。
 ピン21の形状は、特に限定されないが、円柱状、角柱状等の形状とされる。
 貫通孔71は、ピン21に挿通することで、積層体7の面方向の位置を案内する。貫通孔71の形状も特に限定されないが、円柱状、角柱状等の形状とされ、好ましくはピン21と同じ形状とされる。
 また、貫通孔71は、ピン21を挿通可能な大きさであればよいが、ピン21の外径を1としたとき、その内径の下限値は、通常、1程度であり、好ましくは1.005であり、より好ましくは1.03程度であり、より更に好ましくは1.10程度である。一方、前記内径の上限値は、1.50程度であるのが好ましく、1.40程度であるのがより好ましく、1.2程度であるのがより更に好ましい。貫通孔71の内径を前記範囲内とすることにより、第1の基板2に対する積層体7の位置合わせの精度を高めつつ、光導波路モジュール1の製造時の容易性および積層体7を交換する際の容易性をも高めることができる。
 貫通孔71は、例えば、レーザー穴明け加工、ドリル加工、パンチ加工等によって形成することができる。
 ピン21の外径は、必要な強度や第1の基板2の大きさ等に応じて適宜設定され、特に限定されないが、0.1~2mm程度であるのが好ましく、0.3~1mm程度であるのがより好ましい。
 また、ピン21の構成材料は、特に限定されないが、剛性の高い材料であればよく、具体的には、ステンレス鋼、アルミニウムのような各種金属材料、アルミナ、ジルコニアのような各種セラミックス材料、石英ガラスのような各種ガラス材料等が好ましい。
 また、図1に示す光導波路モジュール1は、2本のピン21と2つの貫通孔71を有しているが、これらの数は、特に限定されず、1つであっても3つ以上であってもよい。
 なお、2本のピン21については、互いに外径が異なっており、それに応じて2つの貫通孔71についても、互いに内径が異なっているのが好ましい。これにより、積層体7を第1の基板2上に積層する際に、面内の回転角を一義的に決めることができ、例えば本来の角度から面内で180°ずれた角度で積層されてしまうのを避けることができる。この場合、2本のピン21の外径が十分に異なっており、2つの貫通孔71のうち、内径の小さいものが、2本のピン21のうち、外径の大きいものに挿通することができないよう、それぞれの外径および内径が最適化されていることが好ましい。これにより、積層体7を誤った角度で積層するのを確実に防止することができる。
 同様に、ピン21が3つ以上設けられる場合であっても、互いに外径が異なるものであることが好ましく、それに応じて貫通孔71の内径も互いに異なるものであることが好ましい。
 以上のようにピン21と貫通孔71(貫通孔42、57、62)は、第1の基板2に対して積層体7の積層位置を案内するガイド部と被ガイド部として機能する。
 このようなガイド部および被ガイド部を用いることにより、第1の基板2に対して積層体7の位置を微調整することなく、簡単に位置合わせを行うことができる。
 また、ガイド部および被ガイド部は、通常、ガイド状態と非ガイド状態を容易に切り替えることができるので、非ガイド状態のときには、第1の基板2から積層体7を取り外すことができる。これにより、光導波路モジュール1の保守を行う際には、積層体7を容易に交換することができるので、保守の容易性が高められる。
 さらに、積層体7を構成する光導波路、レンズアレイおよび挟持体も、それぞれに設けられた被ガイド部によってガイドされており、かつ個別に交換することができる。このため、交換にかかるコストの低減を図ることができる。
 なお、ピン21に対して貫通孔71を挿通した状態であれば、それ自身の自重で積層体7は第1の基板2に対して仮固定されるが、これらを確実に固定するためには、積層体7の層間はもちろん、積層体7と第1の基板2との間も接着剤等を用いて固定されているのが好ましい。
 接着剤としては、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤(ポリエステル系、変性オレフィン系)等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が挙げられる。
 なお、接着剤等は、前述した光軸に干渉しない領域に塗布されるのが好ましいが、接着剤等が透光性を有している場合には、塗布領域は限定されない。
 また、積層体7の層間の全てが接着されていなくてもよいが、層間の少なくとも1つが接着されていることが好ましい。
 また、図1に示すピン21の先端部210にはネジ211が切られており、この先端部210は、挟持体6の上面から突出している。そして、突出した先端部210のネジ211には、内径にネジが切られたナット212が螺合している。このナット212がピン21のネジ211に螺合していることにより、挟持体6は下方に押圧されるとともに、ピン21に固定される。すなわち、ナット212は、挟持体6を固定することにより、積層体7を第1の基板2側に押圧して固定する固定部として機能する。
 このようにしてネジ211とナット212とを用いることで、第1の基板2に対して積層体7の面方向の位置を正確にガイドするとともに、挟持体6が固定されることで、そのガイド状態を確実に維持することができる。その結果、構造が簡単であって、かつ光損失の少ない光導波路モジュール1が得られる。また、ナット212を取り外しさえすれば、積層体7の固定状態を簡単に解除することもできる。
 なお、ピン21に切られたネジ211は、先端部に限らず、ピン21全体に切られていてもよい。
 また、ナット212は、内径にネジが切られたもの(例えば、六角ナット、四角ナット、蝶ナット、板ナット等)でなくてもよく、例えば、C型止め輪、E型止め輪のような各種止め輪で代替することもできる。これらのナット(止め輪を含む。)は、いずれも着脱自在なものであるので、挟持体6を固定したり解除したりすることが自由に行える点で有用である。
 また、固定部は、挟持体6に内蔵されていてもよい。例えば、挟持体6が、貫通孔62内に突出するバネを有しており、貫通孔62内にピン21を挿通したとき、バネが縮んでピン21を付勢することにより、挟持体6をピン21に対して固定する機構も、前記固定部となり得る。
 さらには、接着剤を用いて挟持体6をピン21に固定するようにしてもよい。この接着剤としては、前述したようなものが挙げられる他、光導波路モジュール1の保守作業を考慮した場合、接着後に接着を解除することのできるものも好ましく用いられる。このような接着剤は、解体性接着剤として知られており、熱や紫外線といった何らかの外的刺激に伴って接着力が低下する接着剤である。具体的には、エポキシ系解体性接着剤、アクリル系解体性接着剤等が挙げられる。
 なお、光導波路5の左端は、図1に示すような光素子3の発光部31と光学的に接続されている一方、光導波路5の右端についても、図1に示す光導波路モジュール1と同様の構造により受光部を有する光素子と光学的に接続されていてもよく、その他のコネクターが設けられていてもよい。このようなコネクターとしては、例えば、光ファイバーとの接続に用いられるPMTコネクター等が挙げられる。
 また、光導波路5の途中に、コア部54を複数に分岐する光スプリッターを介在させるようにしてもよい。この場合、分岐後の複数の端部に対して、図1に示す光導波路モジュール1や各種コネクターを設けるようにしてもよい。
 ここで、第1実施形態の変形例について説明する。
 図4は、第1実施形態のガイド部、被ガイド部および固定部の変形例を示す部分断面図である。
 図4に示す挟持体6は、貫通孔ではなく、下方(光導波路5側)に開口した凹部63を有している以外、第1実施形態にかかる挟持体6と同様である。このような挟持体6は、誤って表裏反対に積層されるおそれもなく、製造容易性のより高いものとなる。
 また、凹部63の内径は、途中で部分的に小さくなっており、内側に突出した爪状になっている。この部分を縮径部631とする。
 一方、図4に示すピン21には、ネジの代わりに先端部213よりやや基端側に位置する箇所の外径が部分的に小さくなっており、溝状になっている。この部分を縮径部214とする。
 そして、ピン21を凹部63内に挿入するときには、まず、ピン21の先端部213が縮径部631を押し広げる。そして、先端部213が縮径部631を通過し終えると、押し広げられていた縮径部631(爪)が弾力的に元に戻り、凹部63の縮径部631はピン21の縮径部214(溝)に入り込んだ状態となる。
 この状態では、爪状の縮径部631が溝状の縮径部214に引っ掛かり、挟持体6はピン21に対して固定される。すなわち、このような爪状の縮径部631および溝状の縮径部214は、挟持体6をピン21に対して固定する固定部となり得る。
 なお、本実施形態の場合、縮径部631が弾性変形する必要があるので、挟持体6の構成材料としては、例えば、弾性変形性を有する各種金属材料、各種樹脂材料等が好ましく用いられる。
 前記金属材料としては、例えば、ステンレス鋼、アルミニウムが好ましく用いられる。
 前記樹脂材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂が好ましく用いられる。
 また、上述したピン21はガイド部の一例、貫通孔71および凹部63は被ガイド部の一例であり、ガイド部および被ガイド部は、その他のものであってもよい。
 例えば、第1の基板2の端面に設けられ、積層体7の外側から縁部に引っ掛ける爪状部材等が挙げられる。この爪状部材を第1の基板2の少なくとも3箇所に設けることで、第1の基板2に対して積層体7の位置を正確に合わせることができる。すなわち、爪状部材が積層体7の端面に当接することで、第1の基板2に対する積層体7の位置は一義的に決定される。
 (第2実施形態)
 次に、本発明の光導波路モジュールの第2実施形態について説明する。
 図5Aおよび図5Bは、本発明の光導波路モジュールの第2実施形態を示す部分断面図である。
 以下、第2実施形態について説明するが、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図5Aおよび図5Bにおいて、第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
 図5Aおよび図5Bに示す光導波路モジュール1は、ガイド部および被ガイド部の構成が異なる以外は、第1実施形態と同様である。
 図5Aに示すピン21は、先端側の外径が基端側の外径に比べて相対的に小さくなったテーパー状になっている。すなわち、図5Aに示すピン21の外径は、先端に向かって徐々に小さくなっている。
 一方、積層体7の設けられた貫通孔71は、積層体7を構成するレンズアレイ4、光導波路5および挟持体6のそれぞれで異なっている。具体的には、挟持体6に設けられた貫通孔62の内径は、光導波路5に設けられた貫通孔57の内径より小さく、光導波路5に設けられた貫通孔57の内径は、レンズアレイ4に設けられた貫通孔42の内径より小さいことが好ましい。このように貫通孔の内径を互いに異ならせることで、各貫通孔42、57、62は、それぞれピン21の異なる高さでピン21に対して引っ掛かりを生じる。その結果、レンズアレイ4、光導波路5および挟持体6は、それぞれ自ずと互いに異なる高さに固定される。すなわち、この場合、各貫通孔42、57、62をピン21に挿通しさえすれば、両者を容易に固定することができ、かつ、その固定高さは、互いに異なる高さとなる。また、レンズアレイ4、光導波路5および挟持体6は、第1の基板2に対して自ずと平行になる。これにより、特にレンズアレイ4の固定位置の精度が高くなり、レンズ部41の焦点の位置も厳密に制御することができる。
 また、各貫通孔42、57、62にピン21を挿入するにしたがい、両者の隙間(クリアランス)は徐々に小さくなり、最終的には各貫通孔42、57、62の内面とピン21の外面とが接する。この状態では、ピン21に対して各貫通孔42、57、62の位置が1点に収束し、前記隙間に基づいて変化する余地がないので、レンズアレイ4、光導波路5および挟持体6の、ピン21に対する位置は、より正確に制御されることとなる。したがって、本実施形態では、位置合わせの精度がより高くなる。
 なお、ピン21の外径の変化率や各貫通孔42、57、62の内径は、レンズアレイ4、光導波路5および挟持体6の、第1の基板2(光素子3)からの離間距離の設計値に応じて、適宜設定される。
 また、上記テーパーは、ピン21の全体に適用されていてもよいが、部分的に適用されていてもよい。
 また、必要に応じて、各貫通孔42、57、62の形状をテーパー状にしてもよい。
 図5Bに示す各貫通孔42、57、62は、その下端の内径が相対的に大きく、上端の内径が相対的に小さくなっている。すなわち、図5Bに示す各貫通孔42、57、62の内径は、それぞれ上方に向かって徐々に小さくなったテーパー状になっている。
 このとき、内径の変化率は、ピン21の外径の変化率と同じになっていれば、各貫通孔42、57、62をピン21に挿通したとき、ピン21の外面形状と各貫通孔42、57、62の内面形状とが適合するため、レンズアレイ4、光導波路5および挟持体6をピン21に対してより確実に固定することができ、かつ、位置合わせの精度もより高くなる。
 ここで、第2実施形態の変形例について説明する。
 図6は、第2実施形態のガイド部および被ガイド部の変形例を示す部分断面図である。
 図6に示すピン21の外径は、テーパー状に変化するのではなく、先端に向かって階段状に縮小しており、図6に示すピン21は、段差に伴う3つの段差面21A、21B、21Cを有する段差部を有している。レンズアレイ4、光導波路5および挟持体6が、段差面21A上、21B上および21C上に載ることで、その位置合わせが行われる。
 また、段差面21A直上のピン21の外径21aは、貫通孔42を挿通可能な外径であり、かつ、貫通孔57を挿通不可能な外径であるのが好ましい。
 また、段差面21B直上のピン21の外径21bは、貫通孔57を挿通可能な外径であり、かつ、貫通孔62を挿通不可能な外径であるのが好ましい。
 また、段差面21C直上のピン21の外径21cは、貫通孔62を挿通可能な外径であるのが好ましい。
 以上のように、ピン21の外径21a、21b、21cおよび貫通孔42、57、62の内径を適宜設定することにより、第1の基板2に対するレンズアレイ4、光導波路5および挟持体6の離間距離を設計通りに合わせることができる。また、全てのピン21の形状が上記のように設定されていれば、レンズアレイ4、光導波路5および挟持体6は、第1の基板2に対して自ずと平行になる。これにより、特にレンズアレイ4の固定位置の精度が高くなり、レンズ部41の焦点の位置も厳密に制御することができる。
 (第3実施形態)
 次に、本発明の光導波路モジュールの第3実施形態について説明する。
 図7は、本発明の光導波路モジュールの第3実施形態を示す断面図である。なお、図7に示す矢印は、光素子3から出射した光の進行方向を示している。
 以下、第3実施形態について説明するが、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図7において、第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
 図7に示す光導波路モジュール1は、光導波路5が2層積層されており、光素子3が4個搭載されているとともに、光素子3の発光部31の配置に合わせてレンズアレイ4のレンズ部41の数が増えている以外は、第1実施形態と同様である。
 図7に示す4つの光素子3は、第1の基板2上に並列している。そして、最も左側の光素子3と、左から3つ目の光素子3は、Y方向の位置が同じであり、一方、残る2つの光素子3は、そこからY方向にずれて配置されている。このずれ量は、第1実施形態と同様である。
 2層の光導波路5は、コア部54の本数、長さ、幅、間隔等が異なっていてもよいが、本実施形態では同じものとされる。このように2層の光導波路5を積層することで、光導波路5を2倍に集積することができ、より高い密度で光通信を行うことができる。
 なお、2層の光導波路5には、それぞれ貫通孔57が形成されており、これらの貫通孔57をピン21に挿通することで、2層の光導波路5の位置合わせを同時に行うことができる。
 また、本実施形態において、光導波路5の積層数は3層以上であってもよく、光素子3の数も3個または5個以上であってもよい。
 (第4実施形態)
 次に、本発明の光導波路モジュールの第4実施形態について説明する。
 図8は、本発明の光導波路モジュールの第4実施形態を示す断面図である。
 以下、第4実施形態について説明するが、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図8において、第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
 図8に示す光導波路モジュール1では、第1の基板2とレンズアレイ4との間に第2の基板8が追加されており、光素子3が、第1の基板2上には搭載されておらず、第2の基板8上に搭載されている以外は、第1実施形態と同様である。すなわち、積層体7は、第2の基板8、レンズアレイ4、光導波路5および挟持体6を積層してなるものである。また、第2の基板8にも貫通孔82が設けられており、貫通孔82、42、57、62により、積層体7を貫通する貫通孔71が構成されている。よって、貫通孔71をピン21に挿通することで、第2の基板8、レンズアレイ4、光導波路5および挟持体6の位置合わせが完了する。
 第2の基板8としては、フィルム基板(フレキシブル基板)、リジッド基板を用いることができる。具体的には、フィルム基板としては、ポリエステル銅張フィルム基板、ポリイミド銅張フィルム基板、アラミド銅張フィルム基板等が挙げられ、リジッド基板としては、ガラスエポキシ銅張積層板(FR-4、FR-5)、セラミック基板、ガラス基板、シリコン基板等が挙げられる。
 第2の基板8の平均厚さは、特に限定されないものの、好ましくは、0.05~2mm程度、より好ましくは0.1~1mm程度とされる。このような厚さの第2の基板8は、十分な剛性を有するため、光素子3を確実に支持することができる。
 また、第2の基板8上には、図示しない電気配線が設けられている。この電気配線は、例えば、第2の基板8上に設けられた導体層(例えば、銅張フィルム基板の銅箔)をパターニングする方法、導電性インクを第2の基板8上に印刷する方法、あらかじめパターニングされた導体層を転写する方法等により形成される。このような電気配線は、例えば光素子3と電気信号をやりとりしたり、光素子3に電力を送出するのに用いられる。
 また、第2の基板8の下面(第1の基板2側の面)には、電気配線に接続された第2の電極パッド81が設けられており、第1の基板2の上面(第2の基板8側の面)には、第2の電極パッド81の配置に対応した第1の電極パッド22が設けられている。
 第2の電極パッド81は、第2の基板8の上面(レンズアレイ4側の面)に設けられた光素子3と電気的に接続されている。ここで、「電気的に接続されている」とは、電気信号の伝達や電力の送出入が可能であることを意味する。
 そして、第2の電極パッド81が、第1の基板2上に設けられた第1の電極パッド22と対向して接することにより、第2の基板8の上面(レンズアレイ4側の面)に設けられた光素子3と、第1の基板2上の電気配線との電気的接続を図ることができる。これにより、光素子3が第1の基板2とは異なる第2の基板8上に搭載されていても、第1の基板2側から光素子3の動作を制御することができる。
 また、第2の基板8は、貫通孔82をピン21に挿通することで位置合わせがなされているので、ピン21から第2の基板8を取り外すことで、容易に交換することができる。このため、光素子3に不具合が生じた場合でも、光導波路モジュール1を容易に修理することができる。
 <電子機器>
 本発明の光導波路モジュールを備える電子機器(本発明の電子機器)は、光信号と電気信号の双方の信号処理を行ういかなる電子機器にも適用可能であるが、例えば、ルーター装置、WDM装置、携帯電話、ゲーム機、パソコン、テレビ、ホーム・サーバー等の電子機器類への適用が好適である。これらの電子機器では、いずれも、例えばLSI等の演算装置とRAM等の記憶装置との間で、大容量のデータを高速に伝送する必要がある。したがって、このような電子機器が本発明の光導波路モジュールを備えることにより、電気配線に特有なノイズ、信号劣化等の不具合が解消されるため、その性能の飛躍的な向上が期待できる。
 さらに、光導波路部分では、電気配線に比べて発熱量が大幅に削減される。このため、基板内の集積度を高めて小型化が図られるとともに、冷却に要する電力を削減することができ、電子機器全体の消費電力を削減することができる。
 以上、本発明の光導波路モジュールおよび電子機器の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば光導波路モジュールを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよく、複数の実施形態同士を組み合わせるようにしてもよい。
 また、光導波路5の上面および下面には、それぞれカバーフィルムが積層されていてもよい。カバーフィルムにより、光導波路5を確実に保護することができる。なお、カバーフィルムとしては、第2の基板8と同様のものが用いられる。
 本発明によれば、光損失が少なく、ノイズの発生が低減され、かつ製造および保守が容易な光導波路モジュールが提供される。
 また、このような光導波路モジュールを備えることにより、信頼性の高い電子機器が提供される。
 1       光導波路モジュール
 2       第1の基板
 21      ピン
 21A、21B、21C 段差面
 21a、21b、21c 外径
 210     先端部
 211     ネジ
 212     ナット
 213     先端部
 214     縮径部
 22      第1の電極パッド
 3       光素子
 31      発光部
 4       レンズアレイ
 41      レンズ部
 42      貫通孔
 5       光導波路
 51、52   クラッド層
 53      コア層
 54      コア部
 55      側面クラッド部
 56      ミラー
 57      貫通孔
 6       挟持体
 61      下面
 62      貫通孔
 63      凹部
 631     縮径部
 7       積層体
 71      貫通孔
 8       第2の基板
 81      第2の電極パッド
 82      貫通孔

Claims (33)

  1.  第1の基板と、
     前記第1の基板の一方の面側に積層された第2の基板と、
     前記第2の基板の一方の面上に設けられ、発光部または受光部を有する光素子と、
     前記第2の基板を介して前記第1の基板とは反対側に設けられた、レンズアレイ、層状の光導波路、および挟持体が、前記第2の基板側からこの順で積層されてなる積層体と、を有し、
     前記光素子と前記光導波路とが前記レンズアレイを介して光学的に接続されてなる光導波路モジュールであって、
     前記第1の基板と前記挟持体のどちらか一方に、ガイド部が固定され、かつ、前記第1の基板と前記挟持体の他方、前記第2の基板、前記レンズアレイ、および前記光導波路には、それぞれ、前記ガイド部によって少なくともその面内位置が案内される被ガイド部が備えられていることを特徴とする光導波路モジュール。
  2.  前記光素子は、前記第2の基板の前記レンズアレイ側の面上に設けられ、
     前記第1の基板の前記第2の基板側の面上には、第1の電極パッドが設けられ、
     前記第2の基板の前記第1の基板側の面上には、前記光素子と電気的に接続された第2の電極パッドが設けられ、
     前記第1の電極パッドと前記第2の電極パッドとが対向して接触することにより、これらが電気的に接続されている請求項1に記載の光導波路モジュール。
  3.  前記光導波路には、光路変換部が設けられ、
     前記光素子と前記光導波路とが、前記光路変換部を更に介して光学的に接続されている請求項1または2に記載の光導波路モジュール。
  4.  前記挟持体の前記光導波路側の面に、光反射抑制部が設けられている請求項1ないし3のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  5.  前記挟持体の波長400~1600nmの光に対する透過率が50%以上である請求項1ないし3のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  6.  前記被ガイド部が備えられる前記第1の基板または前記挟持体と、前記第2の基板と、前記レンズアレイと、前記光導波路とは、それぞれ、前記ガイド部が備えられる前記第1の基板または前記挟持体に対して、着脱可能になっている請求項1ないし5のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  7.  前記ガイド部は、前記第1の基板または前記挟持体の一方の面側に突出するピンで構成されており、
     前記各被ガイド部は、前記第1の基板または前記挟持体と、前記第2の基板と、前記レンズアレイと、前記光導波路とを、それぞれ貫通し、前記ピンを挿通可能な貫通孔で構成されている、請求項1ないし6のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  8.  前記ピンに対して、前記貫通孔が形成される前記第1の基板または前記挟持体を固定する固定部を有する請求項7に記載の光導波路モジュール。
  9.  前記第1の基板および前記挟持体は、その形状が平面視で四角形をなしており、前記貫通孔は、前記四角形の四隅のうち、少なくとも2箇所に形成されている請求項7または8に記載の光導波路モジュール。
  10.  前記ガイド部は、前記第1の基板または前記挟持体の一方の面側に突出するピンで構成されており、
     前記各被ガイド部は、それぞれ、前記第2の基板、前記レンズアレイ、および前記光導波路を貫通し、前記ピンを挿通可能な貫通孔と、前記第1の基板または前記挟持体に設けられ、前記ピンを挿入可能な凹部とで構成されている、請求項1ないし6のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  11.  前記凹部が形成される前記第1の基板または前記挟持体を、前記ピンに対して固定する固定部が、前記凹部が形成される前記第1の基板または前記挟持体に設けられている、請求項10に記載の光導波路モジュール。
  12.  前記第1の基板および前記挟持体は、その形状が平面視で四角形をなしており、前記凹部は、前記四角形の四隅のうち、少なくとも2箇所に形成されている請求項10または11に記載の光導波路モジュール。
  13.  前記ピンは、先端側の外径が基端側の外径に比べて相対的に小さくなっている少なくとも1つの段差部を有しており、前記レンズアレイが有する前記貫通孔の内径は、前記段差部の基端側の外径より小さく、前記段差部の先端側の外径より大きい請求項7ないし12のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  14.  前記ピンは、先端側の外径が基端側の外径に比べて徐々に小さくなっているテーパー部を有しており、前記レンズアレイが有する前記貫通孔の内径は、前記テーパー部の基端の外径より小さく、前記テーパー部の先端の外径より大きい請求項7ないし12のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  15.  前記光導波路が少なくとも2層積層されている請求項1ないし14のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  16.  前記第1の基板と第2の基板との間、前記第2の基板と前記レンズアレイとの間、前記レンズアレイと前記光導波路との間、および、前記光導波路と前記挟持体との間、の少なくとも1箇所が、接着剤で接着されている請求項1ないし15のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  17.  第1の基板と、
     前記第1の基板の一方の面上に設けられ、発光部または受光部を有する光素子と、
     前記光素子を介して前記第1の基板とは反対側に設けられた、レンズアレイ、層状の光導波路および挟持体が前記光素子側からこの順で積層されてなる積層体と、を有し、前記光素子と前記光導波路とが前記レンズアレイを介して光学的に接続されてなる光導波路モジュールであって、
     前記第1の基板と前記挟持体のどちらか一方にガイド部が固定され、かつ、前記第1の基板と前記挟持体の他方、前記レンズアレイ、および前記光導波路には、それぞれ前記ガイド部によって少なくともその面内位置が案内される被ガイド部が備えられていることを特徴とする光導波路モジュール。
  18.  前記光導波路には、光路変換部が設けられ、
     前記光素子と前記光導波路とが、前記光路変換部を更に介して光学的に接続されている請求項17に記載の光導波路モジュール。
  19.  前記挟持体の前記光導波路側の面に、光反射抑制部が設けられている請求項17または18に記載の光導波路モジュール。
  20.  前記挟持体の波長400~1600nmの光に対する透過率が50%以上である請求項17または18に記載の光導波路モジュール。
  21.  前記ガイド部は、前記第1の基板または前記挟持体の一方の面側に突出するピンで構成されており、
     前記各被ガイド部は、前記第1の基板または前記挟持体と、前記レンズアレイと、前記光導波路とをそれぞれ貫通し、前記ピンを挿通可能な貫通孔で構成されている請求項17ないし20のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  22.  前記ピンに対して、前記貫通孔が形成される前記第1の基板または前記挟持体を固定する固定部を有する請求項21に記載の光導波路モジュール。
  23.  前記ピンは、少なくともその先端部にネジが切られたものであり、かつ、前記固定部は、前記ピンに螺合するナットで構成されており、
     前記ピンに螺合した前記ナットにより、前記積層体は前記第1の基板側に押圧、または、前記第1の基板と、前記レンズアレイと、前記光導波路とが、前記挟持体側に押圧され、固定されている請求項22に記載の光導波路モジュール。
  24.  前記第1の基板および挟持体は、その形状が平面視で四角形をなしており、前記貫通孔は、前記四角形の四隅のうち、少なくとも2箇所に設けられている請求項21ないし23のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  25.  前記ガイド部は、前記第1の基板または前記挟持体の一方の面側に突出するピンで構成されており、
     前記各被ガイド部は、それぞれ、前記レンズアレイおよび前記光導波路を貫通し、前記ピンを挿通可能な貫通孔と、前記第1の基板または前記挟持体に設けられ、前記ピンを挿入可能な凹部とで構成されている請求項17ないし20のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  26.  前記凹部が設けられる前記第1の基板または前記挟持体を、前記ピンに対して固定する固定部を、前記凹部が設けられる前記第1の基板または前記挟持体に有する請求項25に記載の光導波路モジュール。
  27.  前記第1の基板および挟持体は、その形状が平面視で四角形をなしており、前記凹部は、前記四角形の四隅のうち、少なくとも2箇所に設けられている請求項25または26に記載の光導波路モジュール。
  28.  前記ピンは、先端側の外径が基端側の外径に比べて相対的に小さくなっている少なくとも1つの段差部を有しており、前記レンズアレイが有する前記貫通孔の内径は、前記段差部の基端側の外径より小さく、前記段差部の先端側の外径より大きい請求項21ないし27のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  29.  前記ピンは、先端側の外径が基端側の外径に比べて徐々に小さくなっているテーパー部を有しており、前記レンズアレイが有する前記貫通孔の内径は、前記テーパー部の基端の外径より小さく、前記テーパー部の先端の外径より大きい請求項21ないし27のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  30.  前記光導波路が少なくとも2層積層されている請求項17ないし29のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  31.  前記第1の基板と前記レンズアレイとの間、前記レンズアレイと前記光導波路との間、および、前記光導波路と前記挟持体との間、の少なくとも1箇所が、接着剤で接着されている請求項17ないし30のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  32.  前記被ガイド部が備えられる前記第1の基板または前記挟持体と、前記レンズアレイと、前記光導波路とは、それぞれ、前記ガイド部が固定される前記第1の基板または前記挟持体に対して、着脱可能になっている請求項17ないし31のいずれかに記載の光導波路モジュール。
  33.  請求項1ないし32のいずれかに記載の光導波路モジュールを備えることを特徴とする電子機器。
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