(57)【要約】【課題】簡単、かつ、良好に、光素子と光ファイバ等の光伝送路とを光結合する。【解決手段】コア１の周りをクラッド２で覆ってなる光ファイバ１の先端と、光ファイバ１の先端と光結合した光素子４２とを備えた光結合構造において、光ファイバ１の先端領域のクラッド３を除去して光ファイバ１の先端領域のコア２を露出させる。露出したコア２と光素子４２とを間隔を介して対向配置した状態で、露出したコア２と光素子４２とを、少なくとも二方向から観察できる光学的手段を用いて光軸の調芯を行う。その後、少なくとも露出したコア２と光素子４２とを、コア２よりも屈折率が小さく空気よりも屈折率が大きい透明樹脂５で覆い、該透明樹脂５を介して光ファイバ１の先端と光素子４２とを固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの周りをクラッドで覆ってなる光伝送路の先端と、該光伝送路の先端と光結合した光素子とを備えた光結合構造において、
前記光伝送路の先端領域の前記クラッドを除去して前記光伝送路の先端領域の前記コアを露出させ、該露出した前記光伝送路のコアと前記光素子とを間隔を介して対向配置した状態で、前記露出したコアと前記光素子とを少なくとも二方向から観察できる光学的手段を用いて光軸の調芯を行った後、
少なくとも前記露出したコアと前記光素子とを前記コアよりも屈折率が小さく空気よりも屈折率が大きい透明樹脂で覆い、該透明樹脂を介して前記光伝送路の先端と前記光素子とを固定したことを特徴とする光結合構造。
【請求項２】
コアの周りをクラッドで覆ってなる光伝送路の先端と、該光伝送路の先端と光結合した光素子とを備えた光結合構造において、
前記光伝送路の先端領域の前記クラッドを除去して、該クラッドを前記光伝送路の先端に向って薄く形成し、前記光伝送路の先端で前記コアのみが露出している形状となし、該露出した光伝送路のコアと前記光素子とを間隔を介して対向配置した状態で、前記露出したコアと前記光素子とを少なくとも二方向から観察できる光学的手段を用いて光軸の調芯を行った後、
少なくとも前記露出したコアと前記光素子とを前記コアよりも屈折率が小さく空気よりも屈折率が大きい透明樹脂で覆い、該透明樹脂を介して前記光伝送路の先端と前記光素子とを固定したことを特徴とする光結合構造。
【請求項３】
光伝送路は、石英ファイバとプラスチックファイバと有機光導波路のいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光結合構造。
【請求項４】
透明樹脂は紫外線硬化型接着剤であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の光結合構造。
【請求項５】
外部からおよび外部への光の透過を遮断する光遮断部材を、透明樹脂を覆って設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の光結合構造。
【請求項６】
光素子を光素子用基板に実装したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の光結合構造。
【請求項７】
請求項６に記載の光結合構造と、実装した光素子と電気的に接続した第一の電気回路を光素子用基板に形成したことを特徴とする光伝送モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の光結合構造と、第二の電気回路を形成したマザー基板とを有し、該マザー基板に直接または光素子用基板を介して光素子を接続し、該光素子と前記第二の電気回路とを電気的に接続したことを特徴とする光伝送モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信等に用いられる光結合構造およびその光結合構造を用いた光伝送モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１０に示すように、光通信用等に用いられる光ファイバは、コア２の周りを、該コア２よりも屈折率が小さいクラッド３で覆い、その周りを樹脂等の保護被膜（被覆）４で覆って形成されている。このような光ファイバを用いた光モジュールの一例が、図１１に示されている（特許文献１、参照。）
【０００３】
この提案の光モジュール５０において、基板４６上に設けられた光素子４２と、フェルール４３内に挿入された光ファイバ４１とが対向配置されており、該光ファイバ４１と光素子４２との間には、透明樹脂４０が設けられている。光素子４２は、発光素子４２ａであり、透明樹脂４０は、光ファイバ４１と発光素子４２ａの発光部との距離を調整し、光学結合（光結合）を最適化するために設けられている。なお、図１１の図中、符号４９は受光素子、３９はチップ部品、４７は電極パタン、４８はビアホール導体をそれぞれ示す。
【０００４】
光ファイバ４１と光素子４２の光結合を最適化するためには、両者の光軸合わせ（調芯）が行われる。この調芯は、例えば、図１２（ａ）に示すような、アクティブ調芯により行われる。この例では、光素子４２を発光素子４２ａとし、この発光素子４２ａから発する光を光ファイバ４１の光結合端部（一端側）から入射させる。そして、光ファイバ４１を通って光ファイバ４１の他端側から出射される光を、光パワーセンサ４４により測定し、その光強度が最大となるように、光ファイバ４１を発光素子４２ａに対して相対移動させる。前記光強度が最大となった位置を光ファイバ４１の調芯位置として、前記透明樹脂４０により固定する。
【０００５】
また、アクティブ調芯の別の例が、図１２（ｂ）に示されている。この例では、光素子４２を受光素子４２ｂとして、光ファイバ４１を通った光を受光素子４２ｂに入射させ、その光を受光素子４２ｂにより電気変換する。そして、電気変換後の電流を電流計４５により測定し、その電流値が最大となるように、光ファイバ４１を受光素子４２ｂに対して相対移動させる。前記電流値が最大となった位置を光ファイバ４１の調芯位置として、前記透明樹脂４０により固定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７―１２１６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記のようなアクティブ調芯を行って、光素子４２（発光素子４２ａや受光素子４２ｂ）と光ファイバ４１とを調芯すると、調芯時間がかなりかかり、大変であった。そこで、光ファイバ４１に光を入射させながら光ファイバ４１を移動する方法をとらずに、目視や画像観察によって、光ファイバ４１の端面を観察して、光素子４２と光軸合わせすることも考えられる。しかしながら光ファイバ４１は、前記の如く、コア２の周りをクラッド３で覆って形成されており、さらに、クラッド３の周りに保護被膜４が形成されている。そのため、目視等によって、コア２の中心（光ファイバ４１の光軸）を光素子４２の光軸と合わせることは難しかった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、光ファイバ等の光伝送路と光素子とを、簡単に精度よく（低損失で）光結合できる光結合構造およびその光結合構造を用いた光伝送モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、本発明の光結合構造は、コアの周りをクラッドで覆ってなる光伝送路の先端と、該光伝送路の先端と光結合した光素子とを備えた光結合構造において、
前記光伝送路の先端領域の前記クラッドを除去して前記光伝送路の先端領域の前記コアを露出させ、該露出した前記光伝送路のコアと前記光素子とを間隔を介して対向配置した状態で、前記露出したコアと前記光素子とを少なくとも二方向から観察できる光学的手段を用いて光軸の調芯を行った後、
少なくとも前記露出したコアと前記光素子とを前記コアよりも屈折率が小さく空気よりも屈折率が大きい透明樹脂で覆い、該透明樹脂を介して前記光伝送路の先端と前記光素子とを固定したことを特徴とする。
【００１０】
コアの周りをクラッドで覆ってなる光伝送路の先端と、該光伝送路の先端と光結合した光素子とを備えた光結合構造において、
前記光伝送路の先端領域の前記クラッドを除去して、該クラッドを前記光伝送路の先端に向って薄く形成し、前記光伝送路の先端で前記コアのみが露出している形状となし、該露出した光伝送路のコアと前記光素子とを間隔を介して対向配置した状態で、前記露出したコアと前記光素子とを少なくとも二方向から観察できる光学的手段を用いて光軸の調芯を行った後、
少なくとも前記露出したコアと前記光素子とを前記コアよりも屈折率が小さく空気よりも屈折率が大きい透明樹脂で覆い、該透明樹脂を介して前記光伝送路の先端と前記光素子とを固定したことをも特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の光伝送モジュールは、本発明の光結合構造において、光素子を光素子用基板に実装し、実装した光素子と電気的に接続した第一の電気回路を前記光素子用基板に形成したことを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の光伝送モジュールは、本発明の光結合構造と、第二の電気回路を形成したマザー基板とを有し、該マザー基板に直接または光素子用基板を介して光素子を接続し、該光素子と前記第二の電気回路とを電気的に接続したことをも特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光伝送路の先端領域のクラッドを除去して前記光伝送路の先端領域のコアを露出させるか、光伝送路の先端領域のクラッドを除去して該クラッドを前記光伝送路の先端に向って薄く形成し、前記光伝送路の先端で前記コアのみが露出している形状となしているか、のいずれかの態様で、露出した光伝送路のコアと前記光素子とを間隔を介して対向配置する。
【００１４】
したがって、目視や画像観察によって、例えば光ファイバ等の光伝送路の上面および側面の少なくとも二方向から観察できる光学的手段を用いることにより、光伝送路の先端領域に露出したコアの中心を光素子の光軸と合わせることが可能となる。そのため、短時間で、簡単に、精度よく、光伝送路と光素子とを調芯でき、その状態で、前記露出したコアと前記光素子とを透明樹脂で覆い、該透明樹脂を介して前記光伝送路の先端と前記光素子とを固定することで、光ファイバ等の光伝送路と光素子とを、簡単に精度よく光結合できる。
【００１５】
また、透明樹脂を、前記コアよりも屈折率が小さく空気よりも屈折率が大きい樹脂にすることにより、透明樹脂がクラッドのような役割を果たし、コアを通って光伝送する光が、コアの外周側から透明樹脂側に拡散してしまうことを防げる。また、コア端面と光素子間の隙間においても光の閉じこめ作用が働き、光の広がり角を抑制できるし、界面での光の反射も低減できる。そのため、コア端面から光素子間の光結合損失を低減できる。
【００１６】
さらに、光伝送路を、石英ファイバとプラスチックファイバと有機光導波路のいずれかにより形成することにより、用途に応じて適宜の光伝送路を用いて、光結合構造を形成できる。
【００１７】
さらに、透明樹脂を紫外線硬化型接着剤とすることにより、光伝送路の先端領域と光素子の先端領域とを透明樹脂により覆った状態で紫外光を照射し、容易に透明樹脂を硬化させて、調芯した状態で光結合構造を形成できる。したがって、調芯後の硬化時に、軸ズレが生じることなく、より正確に光伝送路と光素子とを光結合できる。
【００１８】
さらに、外部からおよび外部への光の透過を遮断する光遮断部材を、透明樹脂を覆って設けることにより、外部からの光が光伝送路や光素子の先端領域から光伝送路や光素子に入ることや、光伝送路や光素子の先端領域から外部に光が放射することを防ぐことができる。
【００１９】
さらに、光素子を光素子用基板に実装することにより、光素子を適切に光素子用基板に固定でき、さらに、光素子および基板全体を透明樹脂で覆うことにより、機械的強度等が良好な光結合構造を形成できる。また、その光素子用基板に、光素子に接続した第一の電気回路部を形成して、光伝送モジュールを形成することにより、少ない部品点数で、光伝送路と光素子とを低損失で光結合できる。また、光伝送路と光素子とを低損失で光結合できるため、消費電力が小さい光伝送モジュールを形成できる。
【００２０】
さらに、本発明の光結合構造と、第二の電気回路を形成したマザー基板とを有し、該マザー基板に直接または光素子用基板を介して光素子を接続し、該光素子と前記第二の電気回路とを電気的に接続して光伝送モジュールを形成すれば、光伝送路と光素子とを低損失で光結合でき、それにより、消費電力が小さい光伝送モジュールを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施例の光結合構造を説明するための模式図である。
【図２】第１実施例に適用されている光ファイバの加工工程の説明図である。
【図３】第１実施例の光結合構造形成時の光ファイバと光素子との位置合わせ方法例を説明するための模式図である。
【図４】本発明の第２実施例の光結合構造を説明するための模式図である。
【図５】第２実施例に適用されている光ファイバの加工工程の説明図である。
【図６】本発明の第３実施例の光結合構造を説明するための模式図である。
【図７】本発明の第４実施例の光伝送モジュールを説明するための模式図である。
【図８】第４実施例の光伝送モジュールの応用例を示す外観平面図である。
【図９】光伝送モジュールの別の例を示す説明図である。
【図１０】光ファイバの断面構成を説明するための模式図である。
【図１１】光モジュールの従来例を説明するための模式図である。
【図１２】光ファイバと光素子とのアクティブ調芯方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、この発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。なお、実施例の説明において、従来例と同様の構成要素には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明に係る光結合構造の第１実施例を示す模式的な説明図である。同図に示すように、光伝送路としての光ファイバ１の先端部（光結合端部）と、光ファイバ１に光結合される光素子４２の先端部（光結合端部であり、発光または受光の機能部１４側）とが互いに間隔を介して対向配置されている。光ファイバ１は、石英ファイバにより形成されており、光ファイバ１の先端領域は、図２に示す加工方法により、クラッド３が除去されてコア２が露出し、コア２の先端部は、クラッド３の端部よりも先方に突出して露出している。
【００２４】
本実施例では、コア２と光素子４２とを間隔を介して対向配置した状態で、露出したコア２と光素子４２とを、光ファイバ１の上面および側面の少なくとも二方向から観察できる光学的手段を用いて調芯している。図３に、光ファイバ１を、その側面方向から観察して光軸合わせをしている状態例を示す。同図に示すように、光ファイバ１と光素子４２を載置台２６上に載置し、露出したコア２と光素子４２とを、カメラ２７によって光ファイバ１の側面方向から撮像し、ディスプレイ２８に映し出す。その映像を見ながら、光ファイバ１と光素子４２の少なくとも一方を移動させて、光ファイバ１と光素子４２との光軸合わせ（調芯）を行うことで、側面方向からの調芯が行われる。同様にして、露出したコア２と光素子４２とを、光ファイバ１の上面方向から観察し、光ファイバ１の上面方向からの調芯を行う。
【００２５】
調芯後、図１に示すように、露出したコア２と光素子４２の先端領域とを透明樹脂５により覆い、光ファイバ１の先端領域と光素子４２の先端領域とを、透明樹脂５を介して固定する。透明樹脂５の屈折率は、コア２よりも小さく、かつ、空気の屈折率以上の値であり、クラッド３の屈折率と同等の値である。また、透明樹脂５は例えばエポキシ系やアクリル系の紫外線硬化型接着剤である。そして、外部からおよび外部への光の透過を遮断する光遮断部材６を、透明樹脂５を覆って設ける。光遮断部材６は、例えばエポキシ系等の樹脂により形成されている。
【実施例２】
【００２６】
図４は、本発明に係る光結合構造の第２実施例を示す模式的な説明図である。なお、以下に述べる第２実施例の説明を始め、各実施例の説明において、第１実施例と同一構成要素には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。第２実施例は、前記第１実施例とほぼ同様に形成されているが、第２実施例では、光ファイバ１１の先端領域のクラッド３を除去して、該クラッド３を光ファイバ１１の先端に向って薄く形成し、光ファイバ１１の先端でコア２のみが露出している形状となしている。なお、図５に、光ファイバ１１の先端領域先端部の加工方法を示す。光ファイバ１１の加工は、第１実施例における光ファイバ１の加工に比べて容易にできる。
【００２７】
第２実施例においても、第１実施例と同様に、光ファイバ１１と光素子４２との光軸合わせが行われる。また、図４に示すように、露出したコア２と光素子４２とが、コア２よりも屈折率が小さく空気よりも屈折率が小さい透明樹脂５により覆われ、該透明樹脂５を介して光ファイバ１１の先端領域と光素子４２の先端領域とが固定される。
【実施例３】
【００２８】
図６は、本発明に係る光結合構造の第３実施例を示す模式的な説明図である。第３実施例は、前記第１実施例とほぼ同様に形成されており、第３実施例が前記第１実施例と異なる特徴的なことは、光遮断部材６を省略したことである。
【実施例４】
【００２９】
図７は、本発明の第４実施例を示す模式的な説明図である。第４実施例は、光伝送モジュールであり、パッケージ２０内に前記第３実施例の光結合構造１３を設けている。なお、図７（ａ）は、光伝送モジュールを上側から見た図であり、パッケージ２０内を透かして示している。また、図７（ｂ）は、光伝送モジュールを側面がわから見た図であり、同様に、パッケージ２０内を透かして示している。
【００３０】
第４実施例の光伝送モジュール２１において、光素子４２が光素子用基板７に固定された光結合構造を形成している。また、第４実施例は、第二の電気回路９を形成したマザー基板８を有しており、該マザー基板８に光素子用基板７を介して光素子４２を接続し、該光素子４２と第二の電気回路９とを電気的に接続している。なお、図７の図中、符号１０は、光伝送モジュールと外部回路とを接続させる電気Ｉ／Ｆ（電気インターフェース）部を示す。
【００３１】
図８には、第４実施例の光伝送モジュール２１の応用例が示されている。図８（ａ）に示されている光伝送モジュール２３（２３ａ）は、第４実施例において、光素子４２を発光素子４２ａにより形成した光送信用の光伝送モジュールである。光ファイバ１の光素子４２ａと反対側の端部には、光コネクタ２２が接続されている。図８（ｂ）に示されている光伝送モジュール２３（２３ｂ）は、第４実施例において、光素子４２を受光素子４２ｂにより形成した光受信用の光伝送モジュールである。光ファイバ１の光素子４２ｂと反対側の端部には、光コネクタ２２が接続されている。
【００３２】
図８（ｃ）は、光送信用の光伝送モジュールと光受信用の光伝送モジュールとを一体化した光伝送モジュール３１である。光伝送モジュール２３（２３ａ）において、光コネクタ２２の代わりに、光伝送モジュール２３（２３ｂ）の回路基板８およびパッケージ２０内の構成を設けている。
【００３３】
なお、本発明は、前記各実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、光伝送モジュールに適用する光結合構造は、第３実施例の光結合構造１３に限定されることはなく、第１実施例や第２実施例の光結合構造を適用することもできる。また、第２実施例において、光遮断部材６を省略して光結合構造を形成することもできるし、その光結合構造を光伝送モジュールに適用することもできる。
【００３４】
また、図９に示すように、光素子４２の光結合端部と反対側の面に、光素子用基板１６を固定して光結合構造を構成してもよい。また、その光素子用基板１６に、光素子４２と電気的に接続した第一の電気回路部（図示せず）を形成し、パッケージ２６内に収容する等して光伝送モジュールを構成してもよい。さらに、図７に示したようなマザー基板８を設ける構成において、光素子４２を直接回路基板８に固定してもよい。
【００３５】
さらに、前記各実施例では、石英ファイバを光伝送路として用いたが、光伝送路は、プラスチックファイバや有機光導波路により形成してもよい。
【００３６】
さらに、前記各実施例では、透明樹脂５の屈折率をクラッド３と同等の値としたが、クラッド３の屈折率は、コア２を伝搬する光を閉じこめる機能を有する値であれば、クラッド３の屈折率よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。
【００３７】
さらに、前記各実施例では、透明樹脂５を紫外線硬化型接着剤としたが、透明樹脂５は、紫外線硬化型接着剤とは限らず、コア２よりも屈折率が小さく空気よりも屈折率が大きい適宜の樹脂を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の光結合構造および光伝送モジュールは、簡単な構成で、光素子と光伝送路とを良好に光接続できるので、ＦＯＴ（Fiber Optical Transceiver）等に適用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１，１１    光ファイバ
２          コア
３          クラッド
４          保護被膜
５          透明樹脂
６          光遮断部材
７，１６    光素子用基板
８          マザー基板
９          電気回路部
１３        光結合構造
２１，２３，３１  光伝送モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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