(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が、集光面とファイバー取出面との少なくとも２面を有する透光性材料からなる一体基板であり、
基板の前記集光面から、前記基板よりも高硬度のブレードを用いて前記基板を切削あるいは研削により掘削加工し、前記ブレードが基板を貫通する以前の所定の深さ位置において前記ブレードによる掘削加工を停止することにより基板内にレンズを形成し、
かつファイバー取出面から前記基板よりも高硬度のブレードを用いて前記凸状のレンズの中心軸と一致する孔部を穿設し、
続いて前記孔部の開口端に前記ブレードもしくは他のブレードを用いて拡径もしくは面取り加工を施して光ファイバーの導入口を形成し、光ファイバーを前記導入口から所定深さ挿入した後、前記光ファイバーと基板の導入口との間の空間に接合手段を充填することを特徴とする光ファイバー実装モジュールの製造方法。
【請求項２】
基板の上下面の少なくとも片面から、前記基板よりも高硬度のブレードを用いて前記基板を切削あるいは研削により掘削加工し、前記ブレードが基板を貫通する以前の所定の深さ位置において前記ブレードによる掘削加工を停止することにより基板内にレンズを形成し、このレンズから所定距離離れた別の少なくとも２点に所定のブレードで基準ピン孔を穿孔するか基準ピンを突設して集光レンズを形成し、
別の基板の上下面の少なくとも片面から、前記基板よりも高硬度であり、ブレードを用いて前記基板を穿孔してほぼ光ファイバーの径と同径の孔部を形成し、前記孔部から所定距離離れた別の少なくとも２点に所定のブレードで基準ピン孔を穿孔するか基準ピンを突設して光ファイバー実装基板を形成し、
前記集光レンズの基準ピン孔と光ファイバー実装基板の基準ピン孔とをピンで連結するか、もしくは一方の基準ピン孔と他方の基準ピンとを嵌合した際、レンズの中心軸と前記光ファイバー実装基板の孔部の中心軸とが一致するように、集光レンズと光ファイバー実装基板とを一体化する光ファイバー実装モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信公衆回線や、光コンピューター、液晶パネル等種々の光の伝送に利用される極めて小型の光ファイバー実装モジュールを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピューターが大容量になり、処理速度が上がる中で、いくつもの演算処理部を光ファイバーで結ぶ光インターコネクションの研究が進んでおり、各種光コンピューター、光通信公衆回線等種々の分野に広がっている。
【０００３】
このように、光を信号として用いる場合には、電気信号による伝送よりはるかに効率良く信号をやりとりすることができ、信号伝送に雑音が入りにくく、また伝送容量が大きいといった利点があるものの、伝送装置や光ファイバー等の接続部において十分な量の光と確実な光の伝達が要求されるために、光を出来る限り逃さずにこれを集光し、受光部へと伝える高度な技術が要求される。
【０００４】
ここで図１２には、光伝送装置の一例が示され、レーザーダイオード０１から発振される波長７８０〜１，６５０ｎｍの光を集光し、光ファイバー０２に導くアレイタイプの集光レンズ０３が示されている。
【０００５】
集光レンズ０３には一列に約２５０μｍの径の凸状レンズ０３１が配されており、レーザーダイオード０１から例えば５０゜角で拡散するように発振されるレーザービーム０４をこの凸状レンズ０３１で集光して正確に光ファイバー０２に導けることが求められる。
【０００６】
特に、図示されるような光ファイバーアレイ間の接続系においては、光ファイバーアレイやレンズアレイの中心間隔にバラツキがあると、特定のファイバーとレンズ間の光軸を合わせても、他のファイバーとレンズ間に軸ずれが生じる。この場合、軸ずれした送信側レンズからの光ビームは、その光路が傾き受光側レンズからはみ出したり、レンズを通過しても光ファイバーのコアからはみ出すので出力側ファイバーへの結合効率が低下する。現状においては、ファイバーとレンズ間の軸ずれについては、光ファイバーアレイの中心間隔のバラツキが支配的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、一体型モジュールにおける光ファイバー実装は、固定と同時に高精度な位置決めが要求され、図１３に示されるように上基板０５と下基板０６にそれぞれ異方性エッチングでＶ字状の整列溝０５１、０６１が形成され、これら上下基板０５、０６の間に光ファイバー０２とハンダ（固定手段）を挟み、さらにこれらを加熱することにより光ファイバーを整列固定するものがある。
【０００８】
しかし、Ｖ字状の溝のエッチング加工は精度上問題があるとともに、２枚の基板を貼り合わせるため、両基板の平行度および両Ｖ字状の溝の中心線が合いにくく、出力側ファイバーへの結合効率が低下してしまうとともに、加工上煩雑な工程が多いものであった。
【０００９】
本発明は、光ファイバーを簡単かつ正確に位置決めのできる光ファイバー実装モジュールの製造方法を提供することである。
【００１５】
本発明の光ファイバー実装モジュールの製造方法は、基板が、集光面とファイバー取出面との少なくとも２面を有する透光性材料からなる一体基板であり、
基板の前記集光面から、前記基板よりも高硬度のブレードを用いて前記基板を切削あるいは研削により掘削加工し、前記ブレードが基板を貫通する以前の所定の深さ位置において前記ブレードによる掘削加工を停止することにより基板内にレンズを形成し、
かつファイバー取出面から前記基板よりも高硬度のブレードを用いて前記凸状のレンズの中心軸と一致する孔部を穿設し、
続いて前記孔部の開口端に前記ブレードもしくは他のブレードを用いて拡径もしくは面取り加工を施して光ファイバーの導入口を形成し、光ファイバーを前記導入口から所定深さ挿入した後、前記光ファイバーと基板の導入口との間の空間に接合手段を充填することを特徴としている。
【００１６】
本発明の光ファイバー実装モジュールの製造方法は、基板の上下面の少なくとも片面から、前記基板よりも高硬度のブレードを用いて前記基板を切削あるいは研削により掘削加工し、前記ブレードが基板を貫通する以前の所定の深さ位置において前記ブレードによる掘削加工を停止することにより基板内にレンズを形成し、このレンズから所定距離離れた別の少なくとも２点に所定のブレードで基準ピン孔を穿孔するか基準ピンを突設して集光レンズを形成し、
別の基板の上下面の少なくとも片面から、前記基板よりも高硬度であり、ブレードを用いて前記基板を穿孔してほぼ光ファイバーの径と同径の孔部を形成し、前記孔部から所定距離離れた別の少なくとも２点に所定のブレードで基準ピン孔を穿孔するか基準ピンを突設して光ファイバー実装基板を形成し、
前記集光レンズの基準ピン孔と光ファイバー実装基板の基準ピン孔とをピンで連結するか、もしくは一方の基準ピン孔と他方の基準ピンとを嵌合した際、レンズの中心軸と前記光ファイバー実装基板の孔部の中心軸とが一致するように、集光レンズと光ファイバー実装基板とを一体化することを特徴としている。
この特徴によれば、例えば集光レンズにおけるレンズと各基準ピン孔（または基準ピン）との相対位置と、光ファイバー実装基板における孔部と各基準ピン孔（または基準ピン）との相対位置とを一致させるようにＮＣ工作機械等を用いてそれぞれを加工し、集光レンズと光ファイバー実装基板とを前記基準ピン孔とピン（または基準ピン）とで固定することにより、レンズの中心軸と固定された光ファイバーの中心軸とを正確に一致させることができる。特にレンズアレイと光ファイバーアレイとを組み合わせる場合に好適である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面とともに説明するが、前述の発明をより具体的に説明するものであり、本発明の要旨が実施例に限定されるものではない。
【００１８】
図１、図２には光ファイバー実装基板の製造方法が示されており、例えば角柱形状に切断されたシリコン材の基板１の上面（光ファイバー取出面９）からブレードとしてのダイヤモンドドリル２を利用して、研削もしくは切削により掘削加工が開始される。なお、基板１の材料はシリコン材に限らず、コバール、石英等他の材料でもよい。
【００１９】
ダイヤモンドドリル２はその先端が同幅もしくは同径の穿孔部７であり、後方部が面取部６から成り、これら穿孔部７と面取部６には、微小なダイヤモンド砥粒が多数ほぼ均一に配列されている。なお、このダイヤモンドドリル２の先端面は平坦になっている。このダイヤモンドドリル２は、ダイヤモンドドリルの回転で円弧状を描く形状であれば十分であるため、平板状でもよく、円柱状のものでもよいが、この穿孔部７で形成される孔部８の第１孔部４は、光ファイバーの直径とほぼ同じで若干の摺接を許す直径（例えば約１２０μｍ）になるように設定されている。
【００２０】
この工程で重要なことは、図１、図２に示すように基板１を掘り進むことによって光ファイバーの位置決め用の孔部８を形成することであり、特に、本実施例においては、ダイヤモンドドリル２を軸中心に回転させる実施例を示しているが、この実施例に限定されず、基板１を回転させることもできる。要はＮＣ工作機械等を利用してダイヤモンドドリル２と基板１とに相対回転運動を与え、ダイヤモンドドリル２もしくは基板１を回転軸の方向に動かし、両者を当接もしくは圧接させることにより、孔部８を形成できる。
【００２１】
この孔部８の光ファイバー取出面９の入口部には、面取部もしくは拡径部として第１孔部４よりも大径の第２孔部５が形成されており、この実施例ではテーパー状の孔になっている。
【００２２】
この実施例の工程では、ダイヤモンドドリル２が基板１を貫通する以前の所定位置で正確に掘削を停止し、底面３を形成する。孔部８を複数形成する場合は、図２に示されるように、基板１とダイヤモンドドリル２との相対位置を変え、即ちいずれかを水平にのみ移動させることにより、次の同様な掘削を開始する。ここで例えば、基板１の加工上の固定部としての底面（集光面１０）が水平処理され、かつ正確に維持されていれば、孔部８の底面３から前記集光面１０までの距離Ｈが全て均一な多数の孔部８を形成できることになる。この場合は集光面１０に対して孔部８の中心軸は直角となる。
【００２３】
なお、この光ファイバー実装基板としての基板１を他の伝送装置の一部に固定する場合においては、その被固定部として使用する基板１の側面、底面もしくは上面の平面精度やその寸法を、予め掘削加工前の基板に与えておくとよい。
【００２４】
次に、このようにして形成された基板１に光ファイバー１１を装着固定するには、図３に示されるように光ファイバー１１を孔部８に底面３に当接するまで挿入する。光ファイバー１１はこの挿入の際、初め孔部８の入口にある面取部もしくは拡径部として大径に形成された第２孔部５に案内され、さらに光ファイバー１１とほぼ同径の第１孔部４へと導かれる。
【００２５】
そのため、各光ファイバー１１の先端が集光面１０からの距離Ｈの位置に均一に整列することにより、光ファイバー軸方向（Ｚ軸）の位置決めが、さらに前記第１孔部４への嵌合により、各光ファイバー１１のＸ、Ｙ軸方向の位置決めがそれぞれ同時に達成されることになる。
【００２６】
この時点で、図３に示されるように第２孔部５は、光ファイバー１１の径よりも大径になっており、第２孔部５の内周面と光ファイバー１１の外周面との間に空間が形成され、この空間に図４に示されるように接着剤もしくはハンダ等の接着手段１２を充填し、固化することにより、光ファイバー１１は基板１に強固に固定され、光ファイバー実装モジュールが完成する。ここで、前述したように集光面１０と光ファイバー１１の先端との距離Ｈは、集光面１０方向からレンズ等で集光される光の焦点位置との位置関係上極めて重要でなものである。
【００２７】
次に図５には、本発明の第２実施例が示され、第１実施例と相違する点は、孔部８が基板１を貫通している点である（図５Ａ参照）。この実施例における基板１に光ファイバー１１を装着する工程が（Ｂ）ないし（Ｄ）に示され、（Ｂ）において基板１の集光面１０に平坦プレート１３を当て、光ファイバー１１を孔部８に挿入する。この場合も第１実施例と同様、光ファイバー１１の基板１に対するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の位置が決定される。
【００２８】
次にこの状態を維持したまま（Ｃ）に示されるように、接着剤等の接合手段１２を充填し、この接合手段１２の固化後、（Ｄ）のように平坦プレートを取り去ることにより、光ファイバー実装モジュールが完成する。
【００２９】
本実施例においては、光ファイバー１１の先端１１’が基板１から露出するため、基板１が透光性を有する必要がなく、種々の安価な材料を使用することができる。また、第１実施例の場合のように、孔部８の底面３に透光のための平滑処理を施す必要がない。
【００３０】
図６、７には集光レンズの製造方法とこの方法によって製造されたアレイタイプの集光レンズ（レンズアレイ）が示されており、図８、９にはこの集光レンズと光ファイバー実装基板とを連結し、一体化する方法が示されている。
【００３１】
そこで図６には集光レンズの製造方法が示されており、例えば角柱形状に切断されたシリコン材の基板１１１の上面９９からブレードとしてのダイヤモンドドリル２２を利用して、研削もしくは切削により掘削加工が開始される。
【００３２】
ダイヤモンドドリル２２はその先端近傍が平板状であり、先端面５５が略円弧状に形成され、その先端面５５と側面には、微小なダイヤモンド砥粒が多数ほぼ均一に配列されている。
【００３３】
ダイヤモンドドリル２２と基板１１１とに相対回転運動を与え、ダイヤモンドドリル２２もしくは基板１１１を軸の方向に動かし、両者を当接もしくは圧接させることにより、ダイヤモンドドリル２２の先端面５５の凹型形状が、凸状の正確なレンズ４４として基板１１１の凹部３３内に転写される。
【００３４】
この工程で、必要なことはダイヤモンドドリル２２が基板１１１を貫通する以前の所定位置で、正確に掘削を停止することであり、レンズを複数形成する場合は、基板１１１とダイヤモンドドリル２２との相対位置を変え、すなわちいずれかを水平にのみ移動させることにより、次の同様な掘削を開始することである。ここで例えば、基板１１１の加工上の固定部としての上面９９と反対の面が水平処理され、かつ正確に維持されていれば、この底面を基準にして極めて正確な位置に均一な多数のレンズ４４を配列できることになる。この場合は底面に対してレンズ４４の中心軸は直角となる。
【００３５】
次に、この基板１１１には、このレンズ加工と同じ工作機械上で例えばドリル６６により各レンズ４４位置を外して少なくとも２点に基準ピン孔７７が穿孔される（本実施例の場合は４点）。
【００３６】
次に図示されないが、基板１においても前記集光レンズの基板１１１に形成されたレンズの中心軸と隣のレンズの中心軸との距離と同じ間隔に前記孔部８が形成され、この孔部の穿孔と同じ工作機械上でやはりドリル６６により少なくとも２点の基準ピン孔７７が穿孔されている（本実施例の場合は４点）。ここでこれら基板１１１と基板１との基準ピン孔７７が一致した時、即ち基準ピン孔７７に図８のようにピン１４が複数嵌入された際、各レンズ４４の中心軸と光ファイバー１１との中心軸が一致するようになっている。
【００３７】
本実施例の場合、集光用のレンズ４４、光ファイバー固定用の孔部８、そしてそれらの基準ピン孔７７が全て基板のドリル加工で形成されるため、それらの位置が、予めセットされたＮＣ工作機械のドリル位置で正確に決定されるため、アレイタイプのレンズ４４とアレイタイプの光ファイバー１１とのそれぞれの中心軸を極めて正確に一致させることができる。またドリル等を用いて、基板１または基板１１１のいずれかに図示されない基準ピンを一体に突設させるようにその基板の表面または裏面を加工し、一方の基板の基準ピン孔と嵌合させることも可能である。
【００３８】
図９は別の実施例であり、集光レンズの基板１１１の側面８８、８８’と光ファイバー実装用の基板１の側面１６、１６’とを基準にして、前述のようにレンズ４４の加工、そして孔部８の穿孔を行い、それらの側面１６、１６’、８８、８８’を押さえ板１５で位置決めすれば、図８のものと同様アレイタイプのレンズ４４とアレイタイプの光ファイバー１１とのそれぞれの中心軸を極めて正確に一致させることができる。
【００３９】
図１０、図１１には、レンズ４４と光ファイバー固定用の孔部８を基板１の表裏にドリル形成した光ファイバー実装基板であり、集光面１０には凹部３３内にレンズ４４が切削もしくは研削によって形成され、またその裏面である光ファイバー取出面９には前記各レンズ４４と同心上に面取りもしくは大径の第２孔部５と光ファイバーとほぼ同径の第１孔部４からなる孔部８が形成される。
【００４０】
このように、１枚の基板１を位置決めし、ＮＣドリル加工によって切削、研削等の掘削等を行いレンズと孔部を形成するため、光軸の一致はもとより、レンズ４４と孔部８の底面３間の距離Ｈ’を正確に設定できるため、レンズの焦点位置をファイバーに正確に合致できることになる。
【００４１】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００４２】
例えば、孔部８の第１孔部４は、光ファイバーの所定長さを支持すればよいため、孔部８の一部分に形成されていれば十分であり、また、光ファイバーの第１孔部４の通過時、孔部８内の空気が逃げ場を失わないようにするため、第１孔部４の内周部分に空気の通過通路を適宜付することもできる。
【００５１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であり、ダイヤモンドドリルにより掘削中の基板の断面図である。
【図２】本発明の実施例である光ファイバー実装基板の斜視図である。
【図３】図２の実装基板に光ファイバーを装着する工程を示す断面図である。
【図４】図２の実装基板に光ファイバーを装着固定後の光ファイバー実装モジュールの斜視図である。
【図５】ＡないしＤは、第２実施例の実装基板に光ファイバーを装着する工程を示す断面図である。
【図６】集光レンズ製造時におけるダイヤモンドドリルと基板の斜視図である。
【図７】図６の工程で完成した集光レンズの斜視図である。
【図８】本発明の別の実施例である集光レンズと光ファイバー実装基板との連結構造を示す斜視図である。
【図９】図８のさらに別の実施例である集光レンズと光ファイバー実装基板との連結構造を示す斜視図である。
【図１０】図９のさらに別の実施例である集光レンズを有する光ファイバー実装モジュールの斜視図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ断面図である。
【図１２】従来の光伝送装置の一例を示す斜視図である。
【図１３】図２の光ファイバー実装モジュールの断面図である。
【符号の説明】
１          基板
２          ダイヤモンドドリル（ブレード）
３          底面
４          第１孔部
５          第２孔部
６          面取部
７          穿孔部
８          孔部
９          取出面
１０          集光面
１１          光ファイバー
１１’        先端
１２          接合手段
１３          平坦プレート
１４          ピン
１５          押え板
１６、１６’  側面
２２          ダイヤモンドドリル
３３          凹部
４４          レンズ
５５          先端面
６６          ドリル
７７          基準ピン孔
８８、８８’  側面
９９          上面
１１１          基板
【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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【図１３】
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