(57)【要約】【課題】  光の進路をコンパクトに方向変換する光導波路装置、及び、その光導波路装置と他の光部品（発光素子、受光素子、光ファイバ、或いは光導波路など）とを位置合わせして基体に位置固定し、光学的に結合した光結合装置を提供すること。【解決手段】  クラッド２とコア３との接合体からなる光導波路１の両端面４と５を、４５度に傾斜した反射面に形成する。一方の端面４に対向して、支持体１２のＶ字溝１４によって調芯された光ファイバ８を配置し、その端面を光導波路主面６に接着固定して、光導波路１と光ファイバ８との光結合を形成する。他方の端面５には、面型の受発光素子４６を対向配置する。光導波路１と受発光素子４６との位置合わせは、光導波路１の下部クラッドに設けた嵌合用凸部１１と、実装基板４１に設けた嵌合用凹部４２との凹凸嵌合によって行い、これを補助するガイドピン１３とガイド孔４３を、支持体１２と実装基板４１に設ける。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光導波路の一方の端部においてこの光導波路の端面が傾斜した反射面に形成され、この傾斜反射面に対向した位置に光ファイバ又は第２の光導波路が配置され、前記傾斜反射面による反射を介して光の進路が方向変換され、前記第１の光導波路と前記光ファイバ又は前記第２の光導波路とが、光学的に結合された状態で、前記方向変換の角度をなして、直接若しくは間接的に一体化されている、光導波路装置。
【請求項２】
前記一方の端部において、前記第１の光導波路の光入射又は出射側の主面に、前記第１の光導波路と位置合わせされた前記光ファイバ又は前記第２の光導波路が接着固定されている、請求項１に記載した光導波路装置。
【請求項３】
共通の支持体の１つの面に接して前記第１の光導波路が位置固定され、前記支持体の他の面に、前記第１の光導波路と位置合わせされた状態の前記光ファイバ又は前記第２の光導波路が位置固定されている、請求項１に記載した光導波路装置。
【請求項４】
第１の支持体に接して前記第１の光導波路が位置固定され、第２の支持体に接して前記光ファイバ又は前記第２の光導波路が位置固定され、前記第１の光導波路と位置合わせされた状態で前記第１の支持体と前記第２の支持体とが当接又は凹凸嵌合によって互いに位置固定されている、請求項１に記載した光導波路装置。
【請求項５】
前記第２の支持体が前記第１の支持体に対し着脱可能に構成されている、請求項４に記載した光導波路装置。
【請求項６】
前記第１及び前記第２の光導波路は、コアとクラッドとの接合体からなり、コアを導光路とする、請求項１に記載した光導波路装置。
【請求項７】
前記接合体の少なくとも一部が高分子材料からなる、請求項６に記載した光導波路装置。
【請求項８】
前記第１の光導波路の他方の端面が傾斜した反射面に形成されており、この傾斜反射面による反射を介して光が前記第１の光導波路の外部又は内部へ導かれ、他の光部品との光結合が行われる、請求項１〜７のいずれか１項に記載した光導波路装置。
【請求項９】
請求項１に記載した光導波路装置と、他の光部品が実装された基体とを有し、前記第１の光導波路の他方の端面が前記他の光部品と光結合する状態で、前記第１の光導波路が前記基体に位置固定されている、光結合装置。
【請求項１０】
前記一方の端部において、前記第１の光導波路の光入射又は出射側の主面に、前記第１の光導波路と位置合わせされた前記光ファイバ又は前記第２の光導波路が接着固定されている、請求項９に記載した光結合装置。
【請求項１１】
共通の支持体の１つの面に接して前記第１の光導波路が位置固定され、前記支持体の他の面に、前記第１の光導波路と位置合わせされた状態の前記光ファイバ又は前記第２の光導波路が位置固定されている、請求項９に記載した光結合装置。
【請求項１２】
第１の支持体に接して前記第１の光導波路が位置固定され、第２の支持体に接して前記光ファイバ又は前記第２の光導波路が位置固定され、前記第１の光導波路と位置合わせされた状態で前記第１の支持体と前記第２の支持体とが当接又は凹凸嵌合によって互いに位置固定されている、請求項９に記載した光結合装置。
【請求項１３】
前記第２の支持体が前記第１の支持体に対し着脱可能に構成されている、請求項１２に記載した光結合装置。
【請求項１４】
前記第１及び前記第２の光導波路は、コアとクラッドとの接合体からなり、コアを導光路とする、請求項９に記載した光結合装置。
【請求項１５】
前記接合体の少なくとも一部が高分子材料からなる、請求項１４に記載した光結合装置。
【請求項１６】
前記光ファイバ又は前記第２の光導波路の反対側において前記第１の光導波路の他の主面が前記基体と面接触し、前記他の主面側に形成された凸部又は凹部と、前記基体側に形成された凹部又は凸部とが互いに嵌合されている、請求項９に記載した光結合装置。
【請求項１７】
前記第１の光導波路の前記他の主面側のクラッド材に前記凸部が形成されている、請求項１６に記載した光結合装置。
【請求項１８】
前記凹凸嵌合に用いられる凸部及び凹部の断面が互いに逆形状で、前記凸部及び凹部が略同じ傾斜角度をもつ傾斜面を有する、請求項１６に記載した光結合装置。
【請求項１９】
前記基体に対し前記第１の光導波路が少なくとも位置固定される際に、前記光導波路装置及び前記基体の少なくとも一方をガイドするためのガイド機構を有する、請求項１６に記載した光結合装置。
【請求項２０】
前記ガイド機構が、前記光導波路装置側と前記基体側とにそれぞれ設けられたガイドピン又はガイド孔で構成され、これらのガイドピンとガイド孔との嵌め合い機構からなる、請求項１９に記載した光結合装置。
【請求項２１】
前記第１の光導波路と前記基体とが、請求項１１又は１２に記載した前記共通の支持体又は前記第１の支持体とは反対側の前記第１の光導波路の主面において面接触し、かつ、前記共通の支持体又は前記第１支持体と前記基体とが当接され、この当接によって前記光導波路装置と前記他の光部品とが位置合わせされており、前記基体に対する前記共通の支持体又は前記第１の支持体の当接面が、前記第１の光導波路の前記他方の端面から所定の距離だけ離れた位置に形成されている、請求項９に記載した光結合装置。
【請求項２２】
前記基体に凹部が形成され、この凹部内の所定位置に前記他の光部品である発光又は受光素子が固定されている、請求項９に記載した光結合装置。
【請求項２３】
前記第１の光導波路の前記他方の端面が傾斜した反射面に形成されており、この傾斜反射面による反射を介して光が前記第１の光導波路の内部又は外部へ導かれ、前記他の光部品との光結合が行われるように構成された、請求項２２に記載した光結合装置。
【請求項２４】
前記光導波路装置が前記基体に対し着脱可能に構成されている、請求項９に記載した光結合装置。
【請求項２５】
前記他の光部品が、発光素子、受光素子、光ファイバ、又は平面光導波路である、請求項９に記載した光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光配線システムにおいて有用な、光の進路を方向変換する光導波路装置、及び、その光導波路装置と他の光部品（発光素子、受光素子、光ファイバ、或いは光導波路など）とを位置合わせして基体に位置固定し、光学的に結合した光結合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、比較的短距離間の情報伝達は、主に電気信号により行われてきたが、集積回路の性能を更に向上させるためには、信号の高速化や信号配線の高密度化が必要となる。しかし、電気信号配線においては、配線の時定数による信号遅延や、ノイズ発生等の問題から、電気信号の高速化や電気信号配線の高密度化が困難である。
【０００３】
こうした問題を解決する光配線（光インターコネクション）が注目されている。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能であり、例えばチップ間のような短距離の信号の伝送には、チップが搭載されている基板上に光導波路を形成し、この光導波路を信号変調されたレーザ光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。また、ボード間のように比較的長い距離の光伝送には、光の伝播損失が少ないことなどから、光ファイバを伝送路とする光伝送が適している。
【０００４】
従って、ボード間の光伝送などでは、光導波路を光ファイバと光結合した光導波路装置などが必要になる。このような場合、従来の装置では、図１５（ａ）に示すように、基板１１０の上に形成された光導波路１１１と光ファイバ１１３とを端面において直線状に対向配置し、実装基板１１０に平行な方向において両者の光軸を一致させ、光結合を形成する。しかしながら、このようにすると基板上で光導波路１１１や光ファイバ１１３を引き回すことになり、この領域に他の部品を実装できなくなるため、実装密度が低下し、光配線システムが大型化する。このような問題を解決するためには、光導波路１１１や光ファイバ１１３の光路を基板面に垂直な方向へ簡易に方向変換する装置が必要になる。
【０００５】
上記の例のように、実装密度に優れた光配線システムを自在に実現するためには、光の進路、すなわち光路をコンパクトに方向変換する光導波路装置、或いは、その光導波路装置と他の光部品（発光素子、受光素子、光ファイバ、或いは光導波路など）とを位置合わせして支持体に位置固定し、光路を接続した光結合装置が不可欠である。この際、光導波路装置と他の光部品との間で入出力される光の接続損失が許容範囲に収まるように、両者の相対的な位置精度を良好に保つ必要がある。なお、以下、本明細書において、発光素子および受光素子を区別しない場合に、これらを光素子と呼ぶことがある。
【０００６】
従来、光路を方向変換するための光結合装置としては、例えば後述の特許文献１に、光ファイバを用いるオプトメカニカルコネクタが開示されている。
【０００７】
図１６は、特許文献１に開示されているオプトメカニカルコネクタ１２０の斜視図である。
【０００８】
オプトメカニカルコネクタ１２０では、一方の端部に固定具１２３が設けられ、固定具１２３には断面がＶ字形の溝が形成されている。光ファイバ１２１は、このＶ字溝に挿入され、周壁がＶ字溝の傾斜面と接触することによって調芯され、この状態で蓋１２４によって押さえられて、固定されている。固定具１２３のＶ字溝の左右には、断面が逆台形の溝が形成されている。この溝には、２本のガイドピン１２２が挿入され、光ファイバ１２１と同様、この溝の傾斜した側面との接触によって調芯され、蓋１２４によって押さえられて、固定されている。
【０００９】
そして、これらの集合体はプラスチックカプセル１２５によって保持されており、光ファイバ１２１は、プラスチックカプセル１２５内で所望の角度、例えば９０度方向変換されて保持されている。光ファイバ１２１は、他方の端部においても上記の端部と同様に、２本のガイドピン１２６と共に固定具１２７と蓋１２８によって位置決めして固定されている。
【００１０】
このオプトメカニカルコネクタ１２０を用いる際には、例えば、光素子が固定された実装基板にガイドピン１２２または１２６と嵌合するガイド孔を設け、このガイド孔にガイドピン１２２を挿入し、この嵌め合わせによってオプトメカニカルコネクタ１２０を実装基板に位置固定し、光素子と光ファイバ１２１との光結合を形成する。そして、光素子から出射された光や光素子に入射する光の進路を、光ファイバ１２１を伝播する間に所望の角度だけ変化させる。
【００１１】
【特許文献１】特表２０００−５０９８３９号公報（第１０−１３頁、図１−４及び８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記のように光ファイバを引き回すことによって光路の方向変換を行う装置は、小型化するために光ファイバの曲げの曲率半径を小さくしすぎると、伝播する光の損失が大きくなり、逆に、光の損失を抑えるために光ファイバの曲率半径を大きくすると、方向転換に要する光ファイバのサイズが大型化して、実装密度が低下するという二律背反の関係があり、小型化が難しい。
【００１３】
このため、光ファイバを用いる光路の方向変換装置を基板に実装すると、図１５（ｂ）に示すように、この方向変換装置近傍の基板面に他の部品を実装できないばかりではなく、大きな光路方向変換装置が基板から突出することになり、このスペースに他の実装基板を並置することができなくなり、実装密度が低下する新たな原因を生ずることになる。
【００１４】
以上のように、実装密度に優れた光配線システムを自在に実現するためには、光の進路をコンパクトに方向変換する光導波路装置が必要であるが、そのような装置はまだ報告されていない。
【００１５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、光の進路をコンパクトに方向変換する光導波路装置、及び、その光導波路装置と他の光部品（発光素子、受光素子、光ファイバ、或いは光導波路など）とを位置合わせして基体に位置固定し、光学的に結合した光結合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
即ち、本発明は、第１の光導波路の一方の端部においてこの光導波路の端面が傾斜した反射面に形成され、この傾斜反射面に対向した位置に光ファイバ又は第２の光導波路が配置され、前記傾斜反射面による反射を介して光の進路が方向変換され、前記第１の光導波路と前記光ファイバ又は前記第２の光導波路とが、光学的に結合された状態で、前記方向変換の角度をなして、直接若しくは間接的に一体化されている、光導波路装置に係わり、また、前記光導波路装置と、前記他の光部品が実装された基体とを有し、前記第１の光導波路の他方の端面が前記他の光部品と光結合する状態で、前記第１の光導波路が前記基体に位置固定されている、光結合装置に係わるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光導波路装置によれば、前記第１の光導波路の一方の端部においてこの光導波路の端面が傾斜した反射面に形成され、この傾斜反射面による反射を介して光が前記第１の光導波路の内部又は外部へ導かれる。そして、前記傾斜反射面に対向した位置に、前記第１の光導波路に対し前記反射による方向変換の角度をなして、前記光ファイバ又は前記第２の光導波路が配置されていて、前記第１の光導波路と直接若しくは間接的に一体化されている。このため、前記第１の光導波路と、前記光ファイバ又は前記第２の光導波路とが光学的に結合された状態が確実に保たれるとともに、前記傾斜反射面による反射によって光の進路が方向変換されるので、前記方向変換に必要な長さは前記第１の光導波路の厚み分程度にすぎない。従って、光ファイバなどの導光路の曲がりによって方向変換する従来の光路方向変換装置に比べ、極めてコンパクトに光路を方向変換することができる。
【００１８】
また、本発明の光結合装置によれば、前記光導波路装置の前記第１の光導波路と、前記基体に実装された前記他の光部品とが、前記第１の光導波路の前記他方の端面において光結合されているので、前記他の光部品から出射される光又は前記他の光部品に入射される光を方向変換して、前記光ファイバ又は前記第２の光導波路から出射又は入射させる、極めて小型の光結合装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の光導波路装置において、前記一方の端部において、前記第１の光導波路の光入射又は出射側の主面に、前記第１の光導波路と位置合わせされた前記光ファイバ又は前記第２の光導波路が接着固定されているのがよい。
【００２０】
或いは、共通の支持体の１つの面に接して前記第１の光導波路が位置固定され、前記支持体の他の面に、前記第１の光導波路と位置合わせされた状態の前記光ファイバ又は前記第２の光導波路が位置固定されているのがよい。
【００２１】
或いは、第１の支持体に接して前記第１の光導波路が位置固定され、第２の支持体に接して前記光ファイバ又は前記第２の光導波路が位置固定され、前記第１の光導波路と位置合わせされた状態で前記第１の支持体と前記第２の支持体とが当接又は凹凸嵌合によって互いに位置固定されているのがよい。
【００２２】
この際、前記第２の支持体が、前記第１の支持体に対し公知の方法で着脱可能に構成されているのがよい。このようにすると、前記第１の光導波路と、前記光ファイバ又は前記第２の光導波路の部分とを、必要に応じて分離したり結合したりすることのできる、いわゆるコネクタ形状の光結合装置を実現することができる。この装置によると、前記他の光素子と光結合している前記第１の光導波路は固定したまま、前記第１の光導波路に光結合する前記光ファイバ又は前記第２の光導波路を着脱して交換することにより、容易に光配線の組み替えを行うことができる。
【００２３】
また、前記第１及び前記第２の光導波路は、コアとクラッドとの接合体からなり、コアを導光路とするのがよい。この際、前記接合体の少なくとも一部が高分子材料からなるのがよい。光導波路の材料として有機材料系の高分子材料を用いることで、光導波路の作製工程を簡易化できる。例えば、ＵＶ（紫外線）硬化型有機材料を用いると、スピンコート等による成膜や、フォトリソグラフィによるコア加工が可能であり、安価な製造設備と低い製造コストで光導波路を作製することができる。
【００２４】
また、前記第１の光導波路の他方の端面が傾斜した反射面に形成されており、この傾斜反射面による反射を介して光が前記第１の光導波路の外部又は内部へ導かれ、他の光部品との光結合が行われるのがよい。このようにすると、後述するように、面発光型の発光素子や面受光型の受光素子を用いることができる利点がある。
【００２５】
本発明の光結合装置の一つの形態として、前記光ファイバ又は前記第２の光導波路の反対側において前記第１の光導波路の他の主面が前記基体と面接触し、前記他の主面側に形成された凸部又は凹部と、前記基体側に形成された凹部又は凸部とが互いに嵌合されているのがよい。このようにすると、前記第１の光導波路は、前記凹凸嵌合によるセルフアライメントで前記基体の所定の位置に正しく位置固定され、前記基体を介して前記他の光部品と正確に位置合わせされる。このため、マーカなどを用いる位置合わせに比べ大幅に手間が軽減され、生産性が向上し、光結合装置の低コスト化が実現される。
【００２６】
この場合、前記第１の光導波路の前記他の主面側のクラッド材に前記凸部が形成されているのがよい。このようにすると、薄型の前記第１の光導波路でも前記凹凸嵌合によって、前記基体に位置固定することができる。前記第１の光導波路を薄型化すると、クラッドの厚さのばらつきによる厚さ方向におけるコア位置のばらつきが減少して、正確な光結合を形成することが容易になる。
【００２７】
また、前記凹凸嵌合に用いられる凸部及び凹部の断面が互いに逆形状で、前記凸部及び凹部が略同じ傾斜角度をもつ傾斜面を有するのがよい。これによって、前記凸部及び凹部の前記傾斜面が広い面積に亘って良好な接触状態に保たれ、この接触面での滑らかな滑り運動により十分な凹凸嵌合が達成される。
【００２８】
また、前記基体に対し前記第１の光導波路が少なくとも位置固定される際に、前記光導波路装置及び前記基体の少なくとも一方をガイドするためのガイド機構を有するのがよい。この際、前記ガイド機構が、前記光導波路装置側と前記基体側とにそれぞれ設けられたガイドピン又はガイド孔で構成され、これらのガイドピンとガイド孔との嵌め合い機構からなるのがよい。このようなガイド機構による予備的な位置合わせによって、前記凹凸嵌合に用いられる凸部と凹部の前記傾斜面の接触が確実に実現され、前記凹凸嵌合によって位置合わせが行われる必要条件が満たされる。
【００２９】
本発明の光結合装置の他の形態として、前記第１の光導波路と前記基体とが、請求項３又は４に記載した前記共通の支持体又は前記第１の支持体とは反対側の前記第１の光導波路主面において面接触し、かつ、前記共通の支持体又は前記第１支持体と前記基体とが当接され、この当接によって前記光導波路装置と前記他の光部品とが位置合わせされており、前記基体に対する前記支持体又は前記第１支持体の当接面が、前記第１の光導波路の前記他方の端面から所定の距離だけ離れた位置に形成されているのがよい。当接（突き当て）によっても、前記第１の光導波路は、セルフアライメントで前記基体の所定の位置に正しく位置固定され、前記基体を介して前記他の光部品と正確に位置合わせされる。このため、マーカなどを用いる位置合わせに比べ大幅に手間が軽減され、生産性が向上し、光結合装置の低コスト化が実現される。
【００３０】
本発明の光結合装置は、いずれの形態においても、前記基体に凹部が形成され、この凹部内の所定位置に前記他の光部品である発光又は受光素子が固定されているのがよい。この際、前記第１の光導波路の前記他方の端面が傾斜した反射面に形成されており、この傾斜反射面による反射を介して、光が前記第１の光導波路の内部又は外部へ導かれ、前記他の光部品との光結合が行われるように構成されているのがよい。このようにすると、面発光型の発光素子や面受光型の受光素子を用いることができる利点がある。例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface-Emitting Laｓer；垂直共振器面発光レーザ）や面発光型のＬＥＤは、製造が容易で、安価で、市販されている品種も豊富であり、高周波特性に優れ変調しやすく、実装も容易である。また、フォトダイオードなどの受光素子も、面受光型の素子が主であり、実装も容易である。
【００３１】
また、前記光導波路装置が前記基体に対し着脱可能に構成されているのがよい。このようにすると、前記光導波路装置の部分と前記基体に保持される部分とを、必要に応じて分離したり結合したりすることのできる、いわゆるコネクタ形状の光結合装置を実現することができる。
【００３２】
また、前記他の光部品が、発光素子、受光素子、光ファイバ、又は平面光導波路であるのがよい。
【００３３】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。
【００３４】
実施の形態１
実施の形態１は、請求項２に記載した、前記第１の光導波路と前記光ファイバとが接着固定されている光導波路装置を用いて、請求項１０に記載した、前記第１の光導波路と前記基体とが凹凸嵌合によって位置合わせされている光結合装置を構成する例である。
【００３５】
図１（ａ）は、本実施の形態に基づく光結合装置の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の１Ａ−１Ａ線の位置における光結合装置の断面図である。また、図２（ａ）は、本実施の形態に基づく光導波路装置の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の２Ａ−２Ａ線の位置における光導波路装置の断面図である。また、図３は、凹凸嵌合によって光結合を実現する仕組みを示す、図１（ａ）の１Ｂ−１Ｂ線の位置における光結合装置の断面図である。
【００３６】
図２に示すように、前記第１の光導波路である光導波路１は、クラッド２とコア３との接合体からなり、導光路であるコア３が下部クラッドと上部クラッドとの間に挟持されている。図２（ａ）には、コア３が４本並置されている例を示したが、これは一例にすぎず、コア３の本数は単一でも複数でもよい。
【００３７】
光導波路１のクラッド２とコア３の各層は、屈折率の異なる公知の高分子材料を順次積層し、コア材料をパターニングすることによって形成される。コア３の屈折率はクラッド２の屈折率よりも大きく、比屈折率差Δｎは、例えば０．８％である。また、コア３の断面は、例えば４０μｍ×４０μｍの正方形であり、光導波路１全体の厚さは、例えば１００μｍ程度である。
【００３８】
光導波路１の前記一方の端部の端面である端面４および前記他方の端面である端面５は、ともに４５度に傾斜した反射面に形成されている。そして、光導波路１の一方の端部において、光導波路１の前記光入射又は出射側の主面である光導波路主面６には、図示省略した接着剤によって光ファイバ８が接着固定されている。光ファイバ８の直径は、例えば１２５μｍ程度である。
【００３９】
図３に示すように、光導波路装置１０は、支持体１２に装着した状態で、実装基板４１の上に位置固定する。支持体１２の一方の主面には、光ファイバ８と凹凸嵌合するＶ字溝１４が高精度に形成されている。光ファイバ８は、Ｖ字溝１４と凹凸嵌合し、周壁がＶ字溝１４の傾斜面と接触することによって、コア９の位置が精度よく調芯される。調芯された光ファイバ８は支持体１２に対して、接着剤１５で接着固定されるか、または不図示の上蓋や板バネなどによる押圧手段によって位置固定される。さらに、光ファイバ８は、その端面で光導波路主面６に対し垂直に接着固定され、光導波路１と一体化される。
【００４０】
支持体１２は、シリコン基板などからエッチングなどによって形成する。とくに、Ｖ字溝１４は、後述するシリコン基板の異方性エッチングによって形成するのがよい。
【００４１】
図２（ｂ）に示すように、このようにして形成された光導波路装置１０では、光導波路１のコア３における光路が、一方の端面４の４５度傾斜反射面による反射を介して９０度方向変換され、光導波路主面６に対し垂直に接着固定された光ファイバ８のコア９における光路に一致するように構成されており、光導波路１と光ファイバ８とが光学的に結合された状態で一体化されている。
【００４２】
以上に説明した光路形成ための手段の他に、光結合装置を形成するための位置合わせ手段として、光導波路１および支持体１２には、それぞれ、嵌合用凸部１１およびガイドピン１３が設けられている。
【００４３】
光導波路１の下部クラッドに設けられた嵌合用凸部１１は、実装基板４１に設けられた嵌合用凹部４２と精密に凹凸嵌合するためのもので、後述する方法で高精度に形成されている。嵌合用凸部１１の断面形状は、台形である。また、支持体１２の下部のガイドピン１３は、実装基板４１に設けられたガイド孔４３と凹凸嵌合するためのもので、この凹凸嵌合によって光導波路１と実装基板４１とのおおまかな位置合わせを行い、嵌合用凸部１１の傾斜壁面と、嵌合用凹部４２の傾斜壁面とが確実に接触するようにする。
【００４４】
一方、図１に示すように、光結合装置の前記基体側の部分は、前記基体である実装基板４１や前記他の光部品である光素子アレイ４６などで構成されている。
【００４５】
実装基板４１は、半導体基板などからエッチングなどによって形成される。例えば、０．０５Ωｃｍ以下の低抵抗シリコン基板を用いれば、基板全体を電気的なグラウンド（接地電極）にすることが可能となり、信号ラインへの雑音を低減でき、光素子４６の高周波動作が可能となる。後述する異方性エッチングを用いる場合には、実装基板４１の材料として、例えば、結晶方位（１００）の単結晶シリコンウエハを用いる。
【００４６】
実装基板４１には、凹凸嵌合用の手段が２つ設けられている。嵌合用凹部４２は、光導波路１の下部クラッドに設けられた嵌合用凸部１１と精密に凹凸嵌合するためのもので、後述する方法で高精度に形成されている。嵌合用凹部４２の断面形状は、逆台形である。ガイド孔４３は、支持体１２のガイドピン１３と嵌め合わせるためのものである。
【００４７】
実装基板４１には、その他に光素子搭載用の凹部４４とが設けられている。嵌合用凹部４２と光素子搭載用凹部４４とは、後述する異方性エッチングによって同時に形成することで、高い相対位置精度で形成することができる。
【００４８】
光素子搭載用凹部４４には、光素子アレイ４６との電気的接続のための電極パッド４５が形成され、その上に光素子アレイ４６が、実装基板４１の上に形成されたマーカ（図示省略）を目印にして、嵌合用凹部４２に対して±２μｍ程度の高精度で実装されている。
【００４９】
電極パッド４５は、例えば、下からチタンＴi／白金Ｐt／金Ａuの３層構造で、厚さは０．６〜１μｍ弱である。この構成では、金層が導電材として用いられ、チタン層は基板との密着性を高めるために用いられ、白金層はアニール時の拡散ストップ層として用いられている。光素子アレイ４６は、例えば４チャンネルの発光素子アレイまたは受光素子アレイであり、発光素子としてはＶＣＳＥＬまたは発光ダイオードなどが用いられ、受光素子としてはフォトダイオードなどが用いられる。
【００５０】
既述したように、光導波路１の他方の端面５は、光導波路１の主面に対して４５度に傾斜した反射面に形成されており、この傾斜反射面５による反射を介して、光が光導波路１の内部又は外部へ導かれ、対向配置された光素子４６との光結合が形成される。このとき、光素子アレイ４６が発光素子であれば、発光素子の発光部４７から傾斜反射面５に入射した光が、傾斜反射面５で反射され、コア３の内部へ導かれる。この光はコア３内を伝播した後、傾斜反射面である一方の端面４で反射されて方向変換され、光ファイバ８のコア９内へ導かれる。また、光素子４６が受光素子である場合には、光ファイバ８のコア９内を伝播してきた光が、傾斜反射面４で反射されて方向変換され、コア３の内部へ導かれる。この光はコア３内を伝播した後、傾斜反射面５で反射され、受光素子の受光部４７へ導かれる。
【００５１】
このように本実施形態の光結合装置では、極めてコンパクトに光路の方向変換を行うことができるので、図１５（ａ）および（ｂ）に示した従来例と異なり、基板上に引き回された光ファイバによって実装密度が低下し、光配線システムが無駄に大型化するということがない。また、他方の端面５においても傾斜反射面による反射を利用すると、上面に発光部または受光部をもつ、ＶＣＳＥＬなどの面型発光素子または受光素子を用いることができる利点がある。
【００５２】
図３は、光導波路１に形成された嵌合用凸部１１と実装基板４１に形成された嵌合用凹部４２との凹凸嵌合によって光導波路１と実装基板４１との位置合わせを行い、光素子４６の発光または受光部４７と光導波路コア３との正確な光結合を実現する仕組みを説明する断面図である。図３（ａ）は凹凸嵌合前の光結合装置の状態を示す断面図であり、図３（ｂ）は、凹凸嵌合により光結合が形成された状態を示す断面図である。なお、これらの断面図は、図１（ａ）に１Ｂ−１Ｂ線で示した位置における断面図である。
【００５３】
まず、図３（ａ）の実線矢印のように、支持体１２に形成されたガイドピン１３を実装基板４１に形成されたガイド孔４３に挿入し、上から軽く力を加えて光導波路１を実装基板４１の側に押し付ける。この際、ガイドピン１３とガイド孔４３との嵌め合わせによって光導波路１と実装基板４１の相対位置は、±１００μｍ程度の精度で位置合わせされる。このガイドピン１３とガイド孔４３との嵌め合わせによる予備的な位置合わせによって、図３（ａ）の点線矢印のように、光導波路１の嵌合用凸部１１の傾斜壁面と、実装基板４１の嵌合用凹部４２の傾斜壁面との接触が、確実に実現される。
【００５４】
上記の状態で、光導波路１を更に実装基板４１の側に押し込むと、嵌合用凸部１１の傾斜壁面と嵌合用凹部４２の傾斜壁面とが、接触しながら横滑りして、嵌合用凸部１１が嵌合用凹部４２の中心方向へ導かれる。この動きは、図３（ｂ）に示すように、嵌合用凸部１１の中心と嵌合用凹部４２の中心とが一致して嵌合が完全になるまで続く。最終的には、嵌合用凸部１１と嵌合用凹部４２との嵌合によって、光導波路１と実装基板４１とは、±５μｍ程度の高精度に位置合わせされる。
【００５５】
上記の凹凸嵌合において、嵌合用凸部１１と嵌合用凹部４２のように、凸部および凹部が互いに逆形状で、同じ傾斜角度をもつ傾斜面を有するのがよい。この場合、凸部および凹部の広い面積にわたって良好な接触が保たれ、この接触面での滑らかな滑り運動によって十分な凹凸嵌合が達成される。互いに逆形状で、同じ傾斜角度をもつ傾斜面を有する嵌合用凸部１１と嵌合用凹部４２は、例えば、後述する単結晶シリコン基板の（１００）面の異方性エッチングによる凹部の形成と、その凹部の転写による凸部の形成によって得ることができる。
【００５６】
なお、図１に示した光結合装置は、光導波路装置側部分と実装基板側部分とを、必要に応じて分離したり結合したりすることのできる、着脱可能な、いわゆるコネクタ形状の光結合装置とすることができる。このような場合には、不図示の外蓋との間にスプリングや板バネなどによる公知の押圧手段を設けたり、不図示の外縁部に鍵形の爪などによる公知のかみ合わせを設けたりすることで、光結合装置全体を一体として保持できる構造とするのがよい。
【００５７】
次に図４〜６を用いて、本実施の形態に基づく光結合装置の主要な部材の製造方法について説明する。
【００５８】
図４は、実装基板４１の要部を作製する工程を示すフロー図である。なお、この図は、図１（ａ）の１Ｂ−１Ｂ線の位置における断面図である。
【００５９】
まず、図４（ａ）に示すように、基板として結晶方位（１００）の単結晶シリコンウエハ５１を用意し、表面に熱酸化膜５２を形成する。
【００６０】
次に、図４（ｂ）に示すように、嵌合用凹部４２と光素子搭載用凹部４４とを形成する箇所以外の部分をマスクするようにフォトレジスト層５３をパターニングして形成した後、フッ素系ガスを用いた反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）により、開口部分の熱酸化膜５２を除去する。終了後、マスクとして用いたフォトレジスト層５３は、酸素プラズマによるアッシングにより除去する。
【００６１】
次に、図４（ｃ）に示すように、シリコン基板５１を、温度７０℃、濃度２０質量％の水酸化カリウム水溶液またはＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide）水溶液に浸し、シリコン酸化膜をマスクとするシリコンの異方性エッチングにより、嵌合用凹部４２と光素子搭載用凹部４４とを形成する。凹部の深さは、実装する光素子の高さに合わせ、それよりやや大きくする。例えば、光素子の高さが１００〜２００μｍであれば、凹部の深さも１００〜２００μｍ程度とする。
【００６２】
基板として結晶方位（１００）の単結晶シリコンウエハ５１を用いると、上記の異方性エッチングによって形成される凹部の傾斜面の傾斜角度が、エッチング条件などによらず５４．７度で一定となる。
【００６３】
次に、図４（ｄ）に示すように、光素子搭載用凹部４４に電極パッド４５を形成する。本実施の形態では、電極の構成は、下からチタンＴi／白金Ｐt／金Ａuの３層構造で、厚さは０．６〜１μｍ弱とし、金属膜形成には蒸着を用いる。この後、シリコン基板５１との接触抵抗を低下させるため、３００〜４００℃でアニール処理を行うこともある。上記の構成では、金層が導電材として用いられ、チタン層は基板との密着性を高めるために用いられ、白金層はアニール時の拡散ストップ層として用いられている。また、電極パッド４５は、フォトレジストを用いたリフトオフ工程によって電極パターンを形成する。金属膜の形成方法としては、これに限らず、例えばめっき法やスパッタ法などを用いてもよい。パターンの形成方法も、全面に金属層を形成した後に、エッチングによってパターンを形成する方法などを採用する場合もある。
【００６４】
次に、図４（ｅ）に示すように、実装基板４１の上に形成されたマーカ（図示省略）を目印にして、光素子搭載用凹部４４に光素子アレイ４６を実装する。
【００６５】
上記の工程では、嵌合用凹部４２と光素子搭載用凹部４４とは、同一のエッチングプロセスによって形成されるので、高い相対位置精度を有しており、光素子アレイ４６は嵌合用凹部４２に対して±２μｍ程度の高精度で実装される。
【００６６】
支持体１２に光ファイバ８との凹凸嵌合用のＶ字溝１４を形成する方法は、上記の実装基板４１に嵌合用凹部４２を形成する方法とほぼ同じである。すなわち、基材として結晶方位（１００）の単結晶シリコンウエハを用意し、表面に熱酸化膜を形成し、Ｖ字溝１４を形成する箇所以外の部分をマスクするようにフォトレジスト層をパターニングして形成する。この後、フッ素系ガスを用いたＲＩＥにより、開口部分の熱酸化膜を除去し、マスクとして用いたフォトレジスト層をアッシングにより除去してから、水酸化カリウム水溶液などによるシリコンの異方性エッチングによりＶ字溝１４を形成する。支持体１２の他の部分も、主として、エッチングやダイシングで形成される。
【００６７】
図５と図６とは、光導波路１の要部を作製する工程を示すフロー図である。なお、この図は、図１の１Ｂ−１Ｂ線の位置における断面図である。
【００６８】
これらの工程では、初めに、図４（ａ）〜（ｃ）と同様の工程で転写用基板に凹部を形成し、次に、この凹部を有する転写用基板面に光導波路材料を被着させて光導波路層を形成し、この光導波路層を転写用基板から剥離して、一方の面に嵌合用凸部１１を有する光導波路１を得る。
【００６９】
まず、図５（ａ）に示すように、図４（ａ）と同様に、基板として結晶方位（１００）の単結晶シリコンウエハ６１を用意し、表面に熱酸化膜６２を形成する。
【００７０】
次に、図５（ｂ）に示すように、光導波路１の嵌合用凸部１１に対応する凹部６４を形成する箇所以外の部分をマスクするようにフォトレジスト層６３をパターニングして形成した後、フッ素系ガスを用いたＲＩＥにより、開口部分の熱酸化膜６２を除去する。終了後、マスクとして用いたフォトレジスト層６３は、酸素プラズマによるアッシングにより除去する。
【００７１】
次に、図５（ｃ）に示すように、シリコン基板６１を、温度７０℃、濃度２０質量％の水酸化カリウム水溶液、またはＴＭＡＨ水溶液に浸し、シリコン酸化膜をマスクとするシリコンの異方性エッチングにより、凹部６４を形成し、転写用基板６５を得る。基板材料として結晶方位（１００）の単結晶シリコンウエハ６１を用いると、エッチング条件などによらず、異方性エッチングによって形成される凹部の傾斜面の傾斜角度が５４．７度となり、先に実装基板４１に形成した嵌合用凹部４２の傾斜面の傾斜角度と一致する。
【００７２】
凹部６４の大きさは、剥離の際に生じる光導波路層の伸縮を考慮して決定する。光導波路層の材質によって伸縮の大きさは一定に定まるので、凹部６４の転写によって形成される嵌合用凸部１１の剥離後の大きさが嵌合用凹部４２と同じになるように、光導波路層の材質に応じて予め凹部６４の大きさを決めておく。一般に、熱硬化性樹脂は変形が大きく、紫外線硬化樹脂は変形が小さい傾向がある。
【００７３】
次に、図５（ｄ）示すように、まず転写用基板６５にスピンコートにより高分子有機材料を塗布し、紫外線照射や加熱により硬化させ、下部クラッド２ａを形成する。
【００７４】
次に、図６（ｅ）に示ように、下部クラッド２ａよりも屈折率の高い高分子有機材料を下部クラッド２ａの上に塗布し、紫外線照射や加熱により硬化させることによりコア３を形成する。コア３の形成の際には、紫外線照射領域をマスクによって制限したり、全面にコア材を形成した後にフォトレジストによってパターン形成を行い、ＲＩＥによって不要部分のコアを取り除いたりして、所望の光回路パターンを有するコア３を形成する。
【００７５】
次に、図６（ｆ）に示すように、下部クラッド２ａおよびコア３の上に、下部クラッド２ａと同じ高分子有機材料を塗布し、紫外線照射や熱により硬化させ、上部クラッド２ｂを形成する。
【００７６】
次に、図６（ｇ）に示すように、上部クラッド２ｂ、コア３、下部クラッド２ａおよび転写用基板６５の一部をＶ字型ダイヤモンドブレード等で切削し、前記他方の端面である端面５を４５度傾斜反射面に形成する。４５度傾斜反射面５を形成する位置は、予めシリコン基板に形成したマーカ（図示省略）を基準に決定することで、転写用基板６５の凹部６４、ひいては光導波路１の嵌合用凸部１１に対して高精度に位置決めすることができる。
【００７７】
次に、図６（ｈ）に示すように、下部クラッド２ａより上部の光導波路部分を転写用基板６５から剥離して、嵌合用凸部１１を有する光導波路シート６６を得る。
【００７８】
次に、図６（ｉ）に示すように、光導波路シート６６を上下逆向きにして仮基板６７に固定し、前記一方の端面である端面４も４５度に傾斜した反射面に形成し、光導波路１の形成を終了する。
【００７９】
本実施の形態の製造方法によれば、実装基板４１および転写用基板６５を形成する材料として結晶方位（１００）の単結晶シリコン基板を用い、異方性エッチングによって実装基板４１の嵌合用凹部４２と転写用基板６５の凹部６４を形成するので、形成される凹部の傾斜面の傾斜角度は、エッチング条件などによらず５４．７度と一定となる。このため、転写用基板６５を用いて形成される光導波路１の有する嵌合用凸部１１は、実装基板４１に形成された嵌合用凹部４２と互いに逆形状になり、傾斜面の広い範囲にわたって良好な接触が保たれ、この接触面での滑らかな滑り運動によって十分な凹凸嵌合が達成される。
【００８０】
また、５４．７度という凹部の傾斜面の傾斜角度は、接触面での滑らかな滑り運動による凹凸嵌合を起こさせるにも、転写用基板６５から光導波路１を剥離させる上でも、好都合な角度である。
【００８１】
なお、前記嵌合用凸部および凹部の形成方法は、単結晶シリコン基板の異方性エッチングによる方法に限るものではなく、例えば、高精度ダイング加工等によって基板を加工することにより、同様の構造を形成する場合もある。この場合、基板は単結晶シリコン基板に限らず、例えば、プラスチック基板、ガラス基板またはセラミック基板などを用いることができる。
【００８２】
以上に説明したように、本実施の形態に基づく光導波路装置では、光導波路１の一方の端面４が４５度に傾斜した反射面に形成され、この傾斜反射面による反射を介して光導波路１は光ファイバ８と光結合されている。この光導波路装置は、反射によって光路を方向変換しているので、簡易かつコンパクトに光の進路を望みの方向へ方向変換することができ、実装密度が高く、自在な配線が可能な光配線システムの構築に有効に寄与できる。
【００８３】
本実施の形態に基づく光結合装置は、上記の光導波路装置を構成要素とし、実装基板上に位置固定された光導波路１の両端面４と５が４５度に傾斜した反射面に形成され、一方の端面４において光ファイバ８と光結合し、他方の端面５において光素子４６と光結合する、新規で特異な構造を有する。このため、光素子４６から出射される光、または光素子４６に入射する光を方向変換して、光ファイバ８から出射又は入射させる、極めて小型の光結合装置を実現することができ、光素子４６として面型発光素子または受光素子を用いることができる。しかも、光導波路コアがアレイ状の構造を有しているため、チャンネル数の変更が容易である。
【００８４】
このような光結合装置は、その特異な構造から様々な応用が考えられるが、その一つとして、例えば、実装基板上に高密度に実装された多数の面発光型の発光素子または面受光型の受光素子と、実装基板に直交する向きに多数配置された光ファイバとの間を光結合する機能のみに特化したコンパクトな高密度実装光入出力装置が考えられる。このような配線構造は、従来の光結合装置では実現不可能なものである。
【００８５】
また、本実施の形態の光結合装置では、凹凸嵌合によって、能率良く、高い正確さで光導波路１と実装基板４１との位置合わせを行うことができる。また、例えば、前記光導波路を構成するチャンネル数が増えるなど、前記光導波路の構成が変化した場合でも、同じ構造で対応することができる。
【００８６】
実施の形態２
実施の形態２は、請求項３に記載した、前記第１の光導波路と前記光ファイバとが前記共通の支持体に位置固定されて光結合されている光導波路装置を用いて、請求項１５に記載した、前記第１の光導波路と前記基体とが当接によって位置合わせされている光結合装置を構成する例である。
【００８７】
図７（ａ）は、本実施の形態に基づく光導波路装置の上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の７Ａ−７Ａ線の位置における光導波路装置の断面図である。また、図８（ａ）は、本実施の形態に基づく光結合装置の上面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の８Ａ−８Ａ線の位置における光結合装置の断面図である。
【００８８】
図７に示すように、前記第１の光導波路である光導波路１および光ファイバ８は、実施の形態１に記載したものと本質的に同じものである。
【００８９】
すなわち、光導波路１はクラッド２とコア３との接合体からなり、導光路であるコア３が下部クラッドと上部クラッドとの間に挟持されている。図７（ａ）には、コア３が４本並置されている例を示したが、コア３の本数は単一でも複数でもよい。コア３の屈折率はクラッド２の屈折率よりも大きく、比屈折率差Δｎは、例えば０．８％である。また、コア３の断面は、例えば４０μｍ×４０μｍの正方形であり、光導波路１全体の厚さは、例えば１００μｍ程度である。
【００９０】
また、光導波路１の前記一方の端部の端面である端面４および前記他方の端面である端面５は、ともに４５度に傾斜した反射面に形成されている。そして、光導波路１は、一方の端面４において、光ファイバ８と光結合されている。光ファイバ８の直径は、例えば１２５μｍ程度である。
【００９１】
実施の形態２が実施の形態１と異なる点の１つは、光導波路１と光ファイバ８とを光結合して一体化する仕組みの違いである。実施の形態１では、光ファイバ８を光導波路１の主面６に垂直に接着固定したが、実施の形態２では、前記共通の支持体である支持体２１の直交する２つの面に接して、光導波路１および光ファイバ８をそれぞれ位置固定することによって光結合を形成し、両者を一体化する。
【００９２】
支持体２１は、例えばシリコンからなる基板である。支持体２１の材料としては、シリコン基板以外のガラス基板やセラミック基板でもよいが、半導体加工技術で加工できることから、半導体基板とりわけシリコン基板が好ましい。そして、実施の形態１の支持体１２と同様、異方性エッチングなどの方法で、その一面に光ファイバ８と凹凸嵌合するＶ字溝２２が高精度に形成されている。
【００９３】
光ファイバ８は、Ｖ字溝２２と凹凸嵌合し、周壁がＶ字溝２２の傾斜面と接触することによって、コア９の位置が精度よく調芯される。調芯された光ファイバ８は支持体２１に対して、不図示の接着剤で接着固定されるか、または不図示の上蓋や板バネなどによる押圧手段によって位置固定される。一方、Ｖ字溝２２を有する面に直交する、支持体２１の他の面に、光導波路１の光導波路主面６を接着などによって位置固定する。光ファイバ８と主面６との間は、接着してもよいし、しなくてもよい。
【００９４】
図７（ｂ）に示すように、このようにして形成された光導波路装置では、光導波路１のコア３における光路が、一方の端面４の４５度傾斜反射面による反射を介して９０度方向変換され、光導波路主面６に対し直交する面に固定された光ファイバ８のコア９における光路に一致するように構成されており、光導波路１と光ファイバ８とが光学的に結合された状態で一体化されている。
【００９５】
実施の形態２が実施の形態１と異なる要点の他の１つは、光導波路１と後述の光素子７６との光結合が、支持体２１と実装基板７１との当接（突き当て）による位置合わせによって形成されることである。そのため、支持体２１には、光路形成ための手段の他に、位置合わせ手段として、直交する２つの面に精度よく平坦に形成された当接面２３と２４が設けられている。
【００９６】
一方、図８に示すように、光結合装置の前記基体側の部分では、前記基体である実装基板７１に、光導波路１を保持する光導波路支持面７２、支持体２１との当接面７３と７４、光素子７６およびそれを固定するための凹部７５などが設けられている。
【００９７】
実施の形態１と同様、実装基板７１は、半導体基板などからエッチングなどによって形成される。例えば、０．０５Ωｃｍ以下の低抵抗シリコン基板を用いれば、基板全体を電気的なグラウンド（接地電極）にすることが可能となり、信号ラインへの雑音を低減でき、光素子７６の高周波動作が可能となる。その他、光素子７６の実装方法なども実施の形態１と同様である。
【００９８】
図８（ｂ）に示すように、光結合が形成された状態では、光導波路１は、前記反対側の光導波路主面である主面７が、実装基板７１の光導波路支持面７２に面接触した状態で保持される。一方、光素子７６は凹部７５内に固定されるので、凹部７５の深さを調節することによって、高さ方向における光導波路１と光素子７６との距離が制御される。
【００９９】
既述したように、光導波路１の他方の端面５は、光導波路１の主面６または７に対して４５度に傾斜した反射面に形成されており、この傾斜反射面５による反射を介して、光が光導波路１の内部又は外部へ導かれ、対向配置された光素子７６との光結合が形成される。このとき、光素子７６が発光素子であれば、発光素子の発光部から傾斜反射面５に入射した光が、傾斜反射面５で反射され、コア３の内部へ導かれる。この光はコア３内を伝播した後、傾斜反射面である一方の端面４で反射されて方向変換され、光ファイバ８のコア９内へ導かれる。また、光素子７６が受光素子である場合には、光ファイバ８のコア９内を伝播してきた光が、傾斜反射面４で反射されて方向変換され、コア３の内部へ導かれる。この光はコア３内を伝播した後、傾斜反射面５で反射され、受光素子７６の受光部へ導かれる。
【０１００】
このように、実施の形態１と同様に、本実施形態の光結合装置においても、極めてコンパクトに光路の方向変換を行うことができるので、図１５（ａ）および（ｂ）に示した従来例と異なり、基板上に引き回された光ファイバによって実装密度が低下し、光配線システムが無駄に大型化するということがない。また、他方の端面５においても傾斜反射面による反射を利用すると、上面に発光部または受光部をもつ、ＶＣＳＥＬなどの面型発光素子または受光素子を用いることができる利点がある。
【０１０１】
図９は、実施の形態２に基づき、当接によって図の左右方向における位置合わせを行う工程を示す断面図（ａ）と（ｂ）および上面図（ｃ）である。なお、断面図（ａ）は当接前の状態を示し、断面図（ｂ）と上面図（ｃ）は当接後の状態を示す。
【０１０２】
図９（ａ）に示すように、支持体２１の当接面２３は、光導波路１の他方の端面５から所定の距離２５だけ離れた位置に形成されている。そして、光素子７６は、実装基板７１の当接面７３から所定の距離７７だけ離れた位置に固定されている。このため、図９（ｂ）に示すように、当接面２３と当接面７３とを当接させると、光導波路１の他方の端面５と光素子７６とは、図９の左右方向において所定の距離だけ離れた位置に位置合わせされる。
【０１０３】
また、図９（ｃ）に示すように、当接面２３と当接面７３との当接部に十分な広がりがあれば、当接によって支持体２１と実装基板７１との角度ずれの修正も行われる。
【０１０４】
図９（ｃ）は、当接面２３と当接面７３との当接のみが行われ、当接面２４と当接面７４との当接は行われていない状態を示しているが、この後、当接面２４と当接面７４との当接を行うことによって、図９（ｂ）の奥行き方向における位置合わせを行うことができる。
【０１０５】
実際の位置合わせの工程としては、例えば、まず支持体２１を図９の右方向に移動させて、当接面２３を当接面７３に当接させ、図９（ｂ）の左右方向における位置合わせを行い、次に支持体２１を当接面７３に沿って奥行き方向に移動させて、当接面２４を当接面７４に当接させ、奥行き方向における位置合わせを行う。
【０１０６】
このように２度当接を繰り返すだけで二次元方向における位置合わせが行われる。先述した凹部７５の深さ調節による高さ方向の位置合わせと合わせると、三次元方向における完全な位置合わせが行われ、光導波路コア３と光素子７６の発光または受光部分との光結合が形成される。また、上下方向の当接面を追加して、３度当接を繰り返すことによって、三次元方向すべての位置合わせを当接面の当接のみによって行うこともできる。
【０１０７】
なお、図８に示した光結合装置は、光導波路装置側部分と実装基板側部分とを、必要に応じて分離したり結合したりすることのできる、着脱可能な、いわゆるコネクタ形状の光結合装置とすることができる。このような場合には、不図示の外蓋との間にスプリングや板バネなどによる公知の押圧手段を設けたり、不図示の外縁部に鍵形の爪などによる公知のかみ合わせを設けたりすることで、光結合装置全体を一体として保持できる構造とするのがよい。
【０１０８】
図１０は、光導波路装置を作製する工程の一部を示すフロー図である。なお、図１０は、図７（ｂ）の断面図と同じ位置における断面図である。
【０１０９】
まず、図１０（ａ）に示すように、実施の形態１と同様に、基板８１の上に光導波路１の下部クラッド２ａ、コア３および上部クラッド２ｂの各層を、例えば、屈折率の異なる公知の高分子材料をスピンコートなどにより塗布し、紫外線照射や加熱により硬化させて順次積層し、コア材料をパターニングすることによって形成する。
【０１１０】
次に、図１０（ｂ）に示すように、Ｖ字型ブレードでダイサー加工することにより斜め４５度加工を施し、光導波路の一方の端面４を傾斜反射面に形成する。続いて、図示省略したが、実施の形態１と同様にして、光導波路を基板８１から剥離し、上下逆向きにして仮基板に固定し、Ｖ字型ブレードでダイサー加工することにより、他方の端面５も４５度に傾斜した反射面に形成し、光導波路１を得る。
【０１１１】
次に、図１０（ｃ）に示すように、支持体２１に加工される基材２６に光導波路１を接着固定する。続いて、他方の端面５から所定の距離２５だけ離れた位置において基材２６を切断して、実装基板７１との当接面２３を形成し、支持体２１を得る。この際、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラと顕微鏡を用いた画像観察で、一方の端面５のエッジ５ａを検出しながら切断することで、±数μｍの精度で当接面２３を形成することができる。当接面２３は、切断によって形成した後、エッチング処理を行うことにより、寸法精度を向上させたり、段付き形状に加工したりすることができる。
【０１１２】
以上に説明してきたように、本実施の形態によれば、光導波路主面７および支持体２１が実装基板７１と当接することによって、容易に三次元方向における完全な位置合わせを行うことができる。この方法によれば、位置合わせの作業は、当接部同士を当接させるだけであり、簡易である。しかも、当接が十分広い領域にわたって行われるようにすれば、当接部全体としての位置の正確さが保たれていれば、細部の作製精度に関係なく、正確な位置合わせを実現できる。従って、光結合を、簡易に、生産性や歩留まりよく、低コストで、しかも高い正確度で形成することができる。
【０１１３】
光導波路の傾斜端面の機械的強度は一般に弱いため、傾斜端面部を直接突き当てて光導波路の位置合わせを行うことは困難である。本実施の形態によれば、光導波路に機械的な負荷を加えることなく位置決めできるので、長期的な信頼性に優れている。また、例えば、前記光導波路を構成するチャンネル数が増えるなど、前記光導波路の構成が変化した場合でも、同じ構造で対応することができる。
【０１１４】
以上に説明したように、本実施の形態は、光導波路１と光ファイバ８との光結合および光導波路１と光素子７６との光結合を形成する仕組みは実施の形態１と異なるものの、光の進路を反射によって方向変換する基本構造は実施の形態１と同じであるから、この点に関して実施の形態１と同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【０１１５】
すなわち、本実施の形態に基づく光導波路装置では、光導波路１の一方の端面４が４５度に傾斜した反射面に形成され、この傾斜反射面による反射を介して光導波路１は光ファイバ８と光結合されている。この光導波路装置は、反射によって光路を方向変換しているので、簡易かつコンパクトに光の進路を望みの方向へ方向変換することができ、実装密度が高く、自在な配線が可能な光配線システムの構築に有効に寄与できる。
【０１１６】
また、本実施の形態に基づく光結合装置は、上記の光導波路装置を構成要素とし、実装基板上に位置固定された光導波路１の両端面４と５が４５度に傾斜した反射面に形成され、一方の端面４において光ファイバ８と光結合し、他方の端面５において光素子７６と光結合する、新規で特異な構造を有する。このため、光素子７６から出射される光、または光素子７６に入射する光を方向変換して、光ファイバ８から出射又は入射させる、極めて小型の光結合装置を実現することができ、光素子７６として面型発光素子または受光素子を用いることができる。しかも、光導波路コアがアレイ状の構造を有しているため、チャンネル数の変更が容易である。
【０１１７】
このような光結合装置は、その特異な構造から様々な応用が考えられるが、その一つとして、例えば、実装基板上に高密度に実装された多数の面発光型の発光素子または面受光型の受光素子と、実装基板に直交する向きに多数配置された光ファイバとの間を光結合する機能のみに特化したコンパクトな高密度実装光入出力装置が考えられる。このような配線構造は、従来の光結合装置では実現不可能なものである。
【０１１８】
実施の形態３
実施の形態３は、請求項４に記載した、第１の支持体に接して前記第１の光導波路が位置固定され、第２の支持体に接して前記光ファイバ又は前記第２の光導波路が位置固定され、前記第１の光導波路と位置合わせされた状態で前記第１の支持体と前記第２の支持体とが当接又は凹凸嵌合によって互いに位置固定されている光導波路装置を用いて、請求項１５に記載した、前記第１の光導波路と前記基体とが当接によって位置合わせされている光結合装置を構成する例である。
【０１１９】
本実施の形態は、実施の形態２における支持体２１を、光導波路１を保持する前記第１の支持体である支持体３１と、光ファイバ８を保持する前記第２の支持体である支持体３２に分割し、かつ、支持体３１と支持体３２とを当接によって位置合わせできる構造とし、必要に応じて分離したり結合したりすることのできる、いわゆるコネクタ形状の光結合装置を実現したことのみが実施の形態２と異なっている。以下、実施の形態２からの変更点に重点をおいて説明する。
【０１２０】
図１１（ａ）は、本実施の形態に基づく光結合装置の上面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の１１Ａ−１１Ａ線の位置における光結合装置の断面図である。この光結合装置は、支持体２１が支持体３１と支持体３２とで置き換えられていることを除けば、図８に示した実施の形態２に基づく光結合装置と全く変わりはない。
【０１２１】
図１２は、光結合装置の構造をわかりやすくするため、当接位置で分解して示した断面図である。
【０１２２】
図１２に示すように、実装基板側部分は、実施の形態２と変わりなく、実装基板７１に、光導波路１を保持する光導波路支持面７２、当接面７３と７４、光素子７６を固定するための凹部７５、および光素子７６などが設けられている。
【０１２３】
光導波路装置側の部分は２つに分割され、光導波路１は、支持体２１に代わって支持体３１に接着剤などで位置固定されている。支持体３１にはこの他に、当接面２３および（図示されていない）２４が設けられている。一方、光ファイバ８は、支持体２１に代わって支持体３２に位置固定されている。支持体３２には、支持体２１と同様に、光ファイバ８を調芯して位置固定するためのＶ字溝２２が設けられている。
【０１２４】
そして、支持体３１と支持体３２には、それぞれ、互いに直交する３つの当接面３３、３４（他の１つは不図示）および当接面３５、３６（他の１つは不図示）が設けられている。支持体３１と支持体３２とは、これら３つの面での当接によって三次元的に正確に位置合わせして互いに位置固定されるように形成されており、当接し合って一体化した状態では、支持体２１と同等の機能を有するように作られている。
【０１２５】
また、支持体３１と支持体３２とは、必要に応じて分離したり結合したりすることのできる、いわゆるコネクタ形状の光結合装置を実現できるように、不図示の外蓋との間にスプリングや板バネなどによる公知の押圧手段を設けたり、不図示の外縁部に鍵形の爪などによる公知のかみ合わせを設けたりすることで、支持体３１と支持体３２を一体として保持できる構造とする。
【０１２６】
このような構成をとることで、本実施の形態の光結合装置は、光導波路１と、光ファイバ８とを、必要に応じて分離したり結合したりすることのできる、いわゆるコネクタ形状の光結合装置とすることができる。この装置によると、光素子７６と光結合している光導波路１は固定したまま、光導波路１に光結合する光ファイバ８を着脱１して交換することにより、光配線の組み替えを行うことができる。
【０１２７】
本実施の形態は、光導波路１を保持する支持体部分と、光ファイバ８を保持する支持体部分とが分割可能であることを除けば、実施の形態２と本質的に変わるところわないので、実施の形態２と同様の効果を有するのは言うまでもない。
【０１２８】
すなわち、本実施の形態に基づく光導波路装置では、光導波路１の一方の端面４が４５度に傾斜した反射面に形成され、この傾斜反射面による反射を介して光導波路１は光ファイバ８と光結合されている。この光導波路装置は、反射によって光路を方向変換しているので、簡易かつコンパクトに光の進路を望みの方向へ方向変換することができ、実装密度が高く、自在な配線が可能な光配線システムの構築に有効に寄与できる。
【０１２９】
また、本実施の形態に基づく光結合装置は、上記の光導波路装置を構成要素とし、実装基板上に位置固定された光導波路１の両端面４と５が４５度に傾斜した反射面に形成され、一方の端面４において光ファイバ８と光結合し、他方の端面５において光素子７６と光結合する、新規で特異な構造を有する。このため、光素子７６から出射される光、または光素子７６に入射する光を方向変換して、光ファイバ８から出射又は入射させる、極めて小型の光結合装置を実現することができ、光素子７６として面型発光素子または受光素子を用いることができる。しかも、光導波路コアがアレイ状の構造を有しているため、チャンネル数の変更が容易である。
【０１３０】
また、光導波路主面７が実装基板７１に面接触し、支持体２１と実装基板７１とが当接することによって、容易に三次元方向における完全な位置合わせが行われる。この方法によれば、位置合わせの作業は、当接部同士を当接させるだけであり、簡易である。しかも、当接が十分広い領域にわたって行われるようにすれば、当接部全体としての位置の正確さが保たれていれば、細部の作製精度に関係なく、正確な位置合わせを実現できる。従って、光結合を、簡易に、生産性や歩留まりよく、低コストで、しかも高い正確度で形成することができる。
【０１３１】
また、光導波路の傾斜端面の機械的強度は一般に弱いため、傾斜端面部を直接突き当てて光導波路の位置合わせを行うことは困難である。本実施の形態によれば、光導波路に機械的な負荷を加えることなく位置決めできるので、長期的な信頼性に優れている。また、例えば、前記光導波路を構成するチャンネル数が増えるなど、前記光導波路の構成が変化した場合でも、同じ構造で対応することができる。
【０１３２】
実施の形態４
実施の形態４は、光ファイバ８の代わりに前記第２の光導波路である光導波路３８を用いる例である。
【０１３３】
図１３（ａ）は、本実施の形態に基づく光結合装置の上面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の１３Ａ−１３Ａ線の位置における光結合装置の断面図である。図１４は、光結合装置の構造をわかりやすくするため、当接位置で分解して示した断面図である。図１３と図１４からわかるように、この光結合装置は、光ファイバ８の代わりに光導波路３８が用いられ、支持体３７にはＶ字溝２２が設けられていないことを除けば、実施の形態３に基づく光結合装置と全く変わりはない。
【０１３４】
光導波路３８として基板をもたないフィルム状の光導波路を用いると、光ファイバ８に比べてより容易にフレキシブルな光配線を形成することができる。これは、例えば、ボード内の光部品間をジャンパ線接続する場合などに好適である。
【０１３５】
本実施の形態は、上記の点以外は実施の形態３と本質的に変わるところがないので、上述した実施の形態３と同様の効果を有するのは言うまでもない。
【０１３６】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【０１３７】
例えば、実施の形態２〜４に記載した光導波路装置に嵌合用凸部または凹部を設け、この光導波路装置を、嵌合用凹部または凸部を有する実装基板に凹凸嵌合によって位置固定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明の光結合装置は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能な光配線において好適に用いられ、小型で、低コストで、しかも高性能の光伝送・通信システムの構築に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の実施の形態１に基づく光結合装置の上面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図２】同、光導波路装置の上面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図３】同、光導波路の嵌合用凸部と実装基板の嵌合用凸部との凹凸嵌合によって光結合を実現する仕組みを説明する断面図である。
【図４】同、実装基板の要部を作製する工程を示すフロー図である。
【図５】同、光導波路の要部を作製する工程を示すフロー図である。
【図６】同、光導波路の要部を作製する工程を示すフロー図である。
【図７】本発明の実施の形態３に基づく光導波路装置の上面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図８】同、光結合装置の上面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図９】同、当接によって位置合わせを行う工程を示す説明図である。
【図１０】同、光導波路装置の作製工程の一部を示すフロー図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に基づく光結合装置の上面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図１２】同、光結合装置の構造を分解して示す説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に基づく光結合装置の上面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図１４】同、光結合装置の構造を分解して示す説明図である。
【図１５】光導波路を光ファイバと光結合した従来の光導波路装置の問題点を示す説明図である。
【図１６】特許文献１に開示されている、光の方向変換のためのオプトメカニカルコネクタの斜視図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１…光導波路、２…光導波路クラッド、２ａ…下部クラッド、２ｂ…上部クラッド、
３…光導波路コア、４…一方の端面（４５度に傾斜した反射面）、
５…他方の端面（４５度に傾斜した反射面）、５ａ…他方の端面のエッジ、
６…光入射又は出射側（光ファイバまたは第２の光導波路側）の光導波路主面、
７…反対側（実装基板側）の光導波路主面、８…光ファイバ、９…光ファイバのコア、
１０…光導波路装置、１１…嵌合用凸部、１２…支持体、１３…ガイドピン、
１４…Ｖ字溝、１５…接着剤、２１…支持体、２２…Ｖ字溝、２３、２４…当接面、
２５…所定の距離、２６…支持体２１の基材、３１、３２…支持体、
３３〜３６…当接面、３７…支持体、３８…光導波路、４１…実装基板、
４２…嵌合用凹部、４３…ガイド孔、４４…光素子搭載用凹部、
４５…電極パッド（チタンＴi／白金Ｐt／金Ａu）、４６…光素子アレイ、
４７…発光又は受光部、４８…ボンディングパッド、５１…シリコン基板、
５２…酸化シリコン膜、５３…フォトレジスト層、６１…シリコン基板、
６２…酸化シリコン膜、６３…フォトレジスト層、６４…凹部、６５…転写用基板、
６６…光導波路シート、６７…仮基板、７１…実装基板、
７２…光導波路支持面、７３、７４…当接面、７５…凹部、７６…光素子、
７７…所定の距離、８１…基板、１１０…実装基板、
１１１…光導波路、１１２…光素子、１１３…光ファイバ、
１２０…オプトメカニカルコネクタ、１２１…光ファイバ、
１２２、１２６…ガイドピン、１２３、１２７…固定具、１２４、１２８…蓋、
１２５…プラスチックカプセル
【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】
2006058327.tif 000012
【図１１】
2006058327.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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