(57)【要約】【課題】実装コスト及び部品コストを低減させつつ、光学特性を向上させることができる光ファイバアレイ及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、透明且つ平板状の薄板基板に、先端部分の被覆が所定長除去されてなる裸光ファイバを複数本等間隔で配置し、これら裸光ファイバと薄板基板とを耐熱性樹脂で一体固定し、Ｖ溝アレイ基板を利用して薄板基板上に並列配置された裸光ファイバを所定角度で切断し研磨することで、Ｖ溝アレイ基板を構成部品とせずしてＶ溝アレイ基板を使用したのと同等の光ファイバアレイを形成することができるので、光学特性を維持しつつ低コストの光ファイバアレイを提供することができる。【選択図】      図１
2004246192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明且つ平板状の薄板基板と、
先端部分の被覆が所定長除去されてなる光ファイバと、
前記薄板基板上に前記光ファイバの先端部分を複数本等間隔で配置し、該薄板基板と該光ファイバの先端部分とを一体化して固定する樹脂層とからなり、
前記薄板基板上に並列配置された光ファイバで構成される断面が所定角度に斜め切断されてなることを特徴とする光ファイバアレイ。
【請求項２】
先端部分の被覆が所定長除去されてなる光ファイバと、
前記光ファイバの先端部分を複数本等間隔で配置し、該光ファイバの先端部分の配置状態を固定化する樹脂層とからなり、
前記配置固定された光ファイバの先端部分の断面が所定角度に斜め切断されてなることを特徴とする光ファイバアレイ。
【請求項３】
前記所定角度に斜めに切断されている断面に反射膜を施したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバアレイ。
【請求項４】
複数本の光ファイバを並列配置して形成される光ファイバアレイの製造方法であって、
光ファイバの先端部分の被覆を所定長除去して裸光ファイバを露出させる露出工程と、
前記光ファイバの先端部を高精度加工されたＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定し、さらに好ましくは被覆部をＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定し、該配置固定された位置から被覆を被った位置までの所定長の裸光ファイバの配列面に薄板基板を配置する工程と、
前記薄板基板の周縁部を囲い、耐熱性樹脂を流し入れる工程と、
耐熱性樹脂を硬化させる工程と、
硬化した光ファイバをＶ溝アレイ基板から外して端面を所定角度に切断する工程又は切断後、研磨する工程と、
を有することを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。
【請求項５】
複数本の光ファイバを並列配置して形成される光ファイバアレイの製造方法であって、
光ファイバの先端部分の被覆を所定長除去して裸光ファイバを露出させる露出工程と、
前記光ファイバの先端部を高精度加工されたＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定し、好ましくは被覆部もＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定し、該配置固定された位置から被覆を被った位置までの所定長の光ファイバの先端部分の配列面に後に剥離可能なように処理された平板基板を配置する工程と、
硬化した光ファイバの先端部分をＶ溝アレイ基板から外す工程と、
前記平板基板を剥離する工程と、
前記光ファイバの先端部分と前記耐熱性樹脂からなる端面を所定角度に切断する工程又は切断後、研磨する工程と、
を有することを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。
【請求項６】
複数本の光ファイバを並列配置して形成される光ファイバアレイの製造方法であって、
光ファイバの先端部分の被覆を所定長除去して裸光ファイバを露出させる露出工程と、
前記光ファイバの先端部を高精度加工されたＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定し、好ましくは被覆部もＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定し、該配置固定された位置から被覆を被った位置までの所定長の光ファイバの先端部分の配列面に後に剥離可能なように処理された平板基板を配置する工程と、
硬化した光ファイバの先端部分をＶ溝アレイ基板から外して端面を所定角度に切断する工程又は切断後、研磨する工程と、
前記平板基板を剥離する工程と、
を有することを特徴とする光ファイバアレイの製造方法。
【請求項７】
前記所定角度に斜めに切断されている断面に反射膜を施したことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の光ファイバアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリント配線基板上のチップ間の光配線及びプリント配線基板同士の光配線で使用される複数の光ファイバをアレイ化した光ファイバアレイ及び光ファイバアレイの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロプロセッサの高性能化やネットワークの高速・大容量化に伴い、チップ間配線及びプリント配線基板同士の配線においても高速化が求められている。光信号は電気信号に比べて極めて大容量であり、殆ど無損失且つ電磁放射雑音と無関係なため、これを利用してチップ間配線やプリント配線基板間の配線を光化することが期待されている。
【０００３】
しかし光化は、電気伝送に比べて部品コストや実装コストが高く、小型化が困難という課題がある。そこでこの課題に対応すべく、大量生産に適し、且つ出射された光の放射角が小さな円形状を有していることから光ファイバとの結合効率の良好な発光素子として面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ）が市場に出始めた。この面発光レーザは、小型であることに加えて高性能を有し且つ低コストであるという利点を有している。またより高速化させるために、これらを多チャンネル化することが提案されている。つまり面発光レーザ及び受光素子（ＰＤ：ｐｈｏｔｏ  ｄｉｏｄｅ）をアレイ化し、これに伴い伝送路として使用する光ファイバもアレイ化してテープファイバとし、これらを用いて多チャンネル化を実現させる。
【０００４】
図８（ａ）は、このようなアレイ化した光ファイバを用いたチップ間の光配線の一例を示す構成図であり、図８（ｂ）は、アレイ化した光ファイバを用いたプリント配線基板間の光配線の一例を示す構成図である。
【０００５】
図８（ａ）に示すチップ間光配線は、プリント配線基板１００上に発光／受光素子１０７を有するＬＳＩチップ１０３が２個実装されており、このＬＳＩチップ１０３間にポリマー光導波路が配置接続されてなるものである。このようなチップ間配線において、一方の発光／受光素子１０７から伝搬光１０９が出射されると、出射された伝搬光１０９はポリマー光導波路１０５内をジグザグに伝搬され、他方のＬＳＩチップ１０３の発光／受光素子１０７で受光される。このときチップ間伝送速度は１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上となり、電気伝送に比べて大幅に速度を向上させることができる。
【０００６】
図８（ｂ）に示すプリント基板間の光配線は、光電変換モジュール１１１が実装されたプリント配線基板１００同士が対向配置されており、この光電変換モジュール１１１間に光ファイバアレイ１２０が配置接続されている。この場合もチップ間配線と同様に、一方の光電変換モジュール１１１から出射された伝搬光１０９は光ファイバ１２１を介して他方の光電変換モジュールに伝送される。この場合も光電変換モジュール間の伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／ｓ以上となり、電気伝送に比べて大幅に速度を向上させることができる。
【０００７】
このようなプリント配線基板上のチップ（又はモジュール）間の光配線としては、光ファイバアレイの他に光導波路を適用した配線方法や、光ファイバを自由に配線してなる自由空間配線方法が挙げられる。これら配線方法のうち光導波路及び自由空間配線は、半導体の製造プロセスと同様の工程で製造するので、高価なクリーンルーム内での製造が必要となり部品コストが高くなる。特に、光配線数が少ない場合においてはそれは顕著となる。
【０００８】
また光導波路には、具体的に石英系と高分子系があり、特に石英系光導波路は高価な設備により製造されるので更にコストが高くなる。一方、高分子系光導波路は、石英系に比べて高価な設備は不要なためコストは安いが、自動部品搭載を考慮するとハンダリフローに対する耐熱性の確保は必須となる。そのため高分子系で光導波路を製造する場合、材料はポリイミドに限定されてしまう。光導波路にポリイミドを使用した場合、導波路の損失は大きくなることが一般に知られている。
【０００９】
一方、自由空間配線は、光配線基板の一方を窓にして、この窓から入射した光信号がミラーやマイクロレンズを介して光配線基板内をジグザグに伝搬し、他方の窓から出射することで伝送される。このとき光を高効率で伝送させるために光配線基板の板厚やミラー面の平行度・平面度、更にはマイクロレンズの形状及び位置の関係において高い精度が要求されることから、これらの高精度な加工が必要となり、ひいては部品コストが高くなる。
【００１０】
上述の問題を考慮すると、レンズやミラーが不要で、且つ低コストで実現できる光ファイバの適用が有望である。つまりレンズやミラーが無くても光ファイバの端面を４５°に切断することで、ミラーとして作用する端面を形成することができるものが有望視される。
【００１１】
図９（ａ）は、レンズやミラーが不要で、且つ低コストで実現できる端面が４５°に切断されてなる光ファイバアレイの構造を示す図である。また図９（ｂ）は、この光ファイバアレイの端部に接続されている小型コネクタ１３１の断面を示す図である。
【００１２】
図９（ａ），（ｂ）に示すように、この光ファイバアレイ１２０は、所定長の光ファイバ１２１が８本並列配置されており、これら光ファイバ１２１の被覆が剥がされてなる裸光ファイバ１２３の先端部分がＶ溝アレイ基板１２７の各Ｖ溝に配置されている。そして配置された裸光ファイバ１２３の先端部分とＶ溝との空隙にポリイミド系の接着剤を充填されて、これを封止するように薄板基板１２５が被せられて密閉接続されている。このような構成において、アレイ化された裸光ファイバ１２３の先端部分の直上の薄板基板１２５上に面発光レーザや受光素子を配置することで並列光伝送を行うことができる。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００２−２２９９５号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述した光ファイバアレイ（テープファイバ）は耐熱性の高いものを作るのが困難なため、自動部品搭載機の後工程となるハンダリフロー炉に適用することができない。そのため光ファイバアレイをプリント配線基板に実装する際は、電子部品をリフロー実装した後に光ファイバアレイを実装しなければならず、この光ファイバの実装に人手が掛かることから実装コストが高くつくという問題がある。
【００１５】
また図９に示したようにＶ溝アレイ基板を使用した光ファイバアレイは、配置された裸光ファイバ１２３とＶ溝との空隙に接着剤を充填されて、これを封止するように薄板基板１２５が上方から被せられて密閉されている。接着剤として耐熱性樹脂のポリイミドを使用する場合、ポリイミドは、溶媒で希釈されており、その溶媒の比率は樹脂全体の８０％にも上る。そのため密閉後、加熱硬化・イミド化するときに溶媒が蒸発してポリイミド中に気泡が発生するという問題がある。気泡が発生した状態で硬化した場合、発光素子から出射される光量や受光素子で受光される光量が低下するため、つまりは光ファイバアレイの光学特性が低下するという問題が生じる。
【００１６】
更に図９に示したように裸光ファイバ１２３を精度良く配置させることができるＶ溝アレイ基板１２７は、その構造が各Ｖ溝に配置された光ファイバコアの全ての高さ及び間隔が一致するように精度良く形成されているため、単価が高く、このようなＶ溝アレイ基板を組み込んだ製品全体のコストが高くなるという問題がある。
【００１７】
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、実装コスト及び部品コストを低減させつつ、光学特性を向上させることができる光ファイバアレイ及び光ファイバアレイの製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、透明且つ平板状の薄板基板と、先端部分の被覆が所定長除去されてなる光ファイバと、薄板基板上に光ファイバの先端部分を複数本等間隔で配置し、この薄板基板とこの光ファイバの先端部分とを一体化して固定する樹脂層とからなり、薄板基板上に並列配置された光ファイバの先端部分で構成される断面が所定角度に斜め切断されてなることを要旨とする。
【００１９】
本発明にあっては、透明且つ平板状の薄板基板に、先端部分の被覆が所定長除去されてなる光ファイバを複数本等間隔で配置し、これら光ファイバと薄板基板とを樹脂で一体固定し、Ｖ溝アレイ基板を利用して薄板基板上に並列配置された光ファイバを所定角度で切断又は切断し研磨することで、Ｖ溝アレイ基板を構成部品とせずしてＶ溝アレイ基板を使用したのと同等の光ファイバアレイを形成することができるので、光学特性を維持しつつ高耐熱性を有した低コストの光ファイバアレイを提供することができる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、先端部分の被覆が所定長除去されてなる光ファイバの先端部分と、光ファイバを複数本等間隔で配置し、この光ファイバの先端部分の配置状態を固定化する樹脂層とからなり、配置固定された光ファイバの先端部分の断面が所定角度に斜め切断されてなることを要旨とする。
【００２１】
本発明にあっては、請求項１記載の発明において、Ｖ溝アレイ基板を利用して並列配置された光ファイバの先端部分に薄板基板を配置するのに対して、この薄板基板の代わりに平板基板を用いて、この平板基板を製造後剥離して構成部品に含まずして光ファイバアレイを完成させる点で異なる。これによりＶ溝型アレイ基板のみならず薄板基板をも構成部品としないで、Ｖ溝アレイ基板と同等の光学特性を維持しつつも、低コストの光ファイバアレイを提供することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の光ファイバアレイにおいて、所定角度に斜めに切断されている断面に反射膜を施したことを要旨とする。
【００２３】
本発明にあっては、光ファイバアレイ上にＶＣＳＥＬアレイやＰＤアレイを搭載することを考えると、光ファイバの端面の加工角度は４５°が好ましいが、光ファイバの屈折率では全反射の臨界角が約４３．９°であり、ＶＣＳＥＬの典型的な放射角は１０°であるため、深い角度（例えば４０°）で入射する光は全反射せずに、一部（約３７．５％）は屈折して透過してしまう。この対策として、４５°反射面に反射膜を施す。
【００２４】
請求項４記載の発明は、複数本の光ファイバを並列配置して形成する光ファイバアレイの製造方法であって、光ファイバの先端部分の被覆を所定長除去して裸光ファイバを露出する露出工程と、光ファイバの先端部を高精度加工されたＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定し、好ましくは被覆部もＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定し、この配置固定された位置から被覆を被った位置までの所定長の裸光ファイバの配列面に薄板基板を配置する工程と、薄板基板の周縁部を囲い、耐熱性樹脂を流し入れる工程と、耐熱性樹脂を硬化・イミド化させる工程と、硬化した裸光ファイバをＶ溝アレイ基板から外して端面を所定角度に切断する工程又は切断後、研磨する工程とを有することを要旨とする。
【００２５】
本発明にあっては、光ファイバを等間隔で保ち、且つコアの高さを一定に保持するＶ溝アレイ基板を利用して、このＶ溝アレイ基板に、被覆が除去された裸光ファイバの先端部を配置し、また好ましくは被覆部もＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定して、Ｖ溝アレイ基板と被覆を被った光ファイバの被覆端部との間の、所定長の裸光ファイバに薄板基板を縦添えして、この薄板基板の外周に囲いを設けてその内側に耐熱性樹脂を流し入れ硬化させることで、光ファイバのコアを等間隔で保ちつつ、且つコアの高さを一定に保持する光ファイバアレイとして製造することができる。これにより完成した光ファイバアレイにはＶ溝アレイ基板を含まないので高精度の光ファイバアレイを低コストで作製することができる。
【００２６】
また、耐熱性樹脂は、薄板基板の外周に囲いを設けてその内側に流し込んでいるので、常時上面が開放されている。そのため加熱硬化を行っても、開放面から溶媒の蒸発が外部に排出されるため、耐熱性樹脂の中に気泡が生じることを防止することができる。これにより光学特性を向上させることができる。
【００２７】
請求項５記載の発明は、複数本の光ファイバを並列配置して形成する光ファイバアレイの製造方法であって、光ファイバの先端部分の被覆を所定長除去して裸光ファイバを露出する露出工程と、光ファイバの先端部を高精度加工されたＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定し、好ましくは被覆部もＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定し、この配置固定された位置から被覆を被った位置までの所定長の裸光ファイバの配列面に後に剥離可能なように処理された平板基板を配置する工程と、平板基板の周縁部を囲いその内側に耐熱性樹脂を流し入れる工程と、耐熱性樹脂を硬化させる工程と、硬化した光ファイバの先端部分をＶ溝アレイ基板から外す工程と、裸光ファイバの配列面から平板基板を剥離する工程と、裸光ファイバと耐熱性樹脂からなる端面を所定角度に切断する工程又は切断後、研磨する工程とを有することを要旨とする。
【００２８】
本発明にあっては、請求項４記載の発明において、並列配置された裸光ファイバに薄板基板を配置する工程で、この薄板基板の表面に剥離可能な接着剤を塗布する点において異なる。ここで剥離可能な接着剤とは、ガラスとの密着性の良い耐熱性接着剤の場合は、平板ガラス上に塗布する剥離材であり、ガラスとの密着性の悪い耐熱性接着剤の場合は、裸光ファイバの側面に塗布する密着改良材である。これにより完成された光ファイバアレイは、光ファイバと耐熱性樹脂のみで構成されるので、構成部品数の少ない光ファイバアレイを製造することができる。これにより低コストな光ファイバアレイを提供することができる。
【００２９】
請求項６記載の発明は、複数本の光ファイバを並列配置して形成される光ファイバアレイの製造方法であって、光ファイバの先端部分の被覆を所定長除去して裸光ファイバを露出させる露出工程と、裸光ファイバの先端部を高精度加工されたＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定し、好ましくは被覆部もＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定し、この配置固定された位置から被覆を被った位置までの所定長の裸光ファイバの配列面に後に剥離可能なように処理された平板基板を配置する工程と、硬化した光ファイバをＶ溝アレイ基板から外して端面を所定角度に切断する工程又は切断後、研磨する工程と、平板基板を剥離する工程とを有することを要旨とする。
【００３０】
本発明にあっては、請求項４記載の発明において、並列配置された裸光ファイバに平板基板を配置して接着剤を間隙に充填し、硬化した裸光ファイバをＶ溝アレイ基板から外して端面を所定角度に切断後、平板基板を剥離することで露出した光ファイバアレイ上に直接ＶＣＳＥＬアレイやＰＤアレイを搭載することができるので、より低コストかつ低光損失の光伝送を可能とする。
【００３１】
請求項７記載の発明は、請求項４乃至６に記載の光ファイバアレイの製造方法において、所定角度に斜めに切断されている断面に反射膜を施したことを要旨とする。
【００３２】
本発明にあっては、光ファイバアレイ上にＶＣＳＥＬアレイやＰＤアレイを搭載することを考えると、光ファイバの端面の加工角度は４５°が好ましいが、光ファイバの屈折率では全反射の臨界角が約４３．９°であり、ＶＣＳＥＬの典型的な放射角は１０°であるため、深い角度（例えば４０°）で入射する光は全反射せずに、一部（約３７．５％）は屈折して透過してしまう。この対策として、４５°反射面に反射膜を施す。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光ファイバアレイの構成を示す図である。図１（ａ）は光ファイバアレイ１１の側面図であり、図１（ｂ）は光ファイバアレイ１１をＡ方向から見た断面図である。
【００３５】
図１に示すように、本発明の光ファイバアレイ１１は、等間隔で並列に配置された複数本の光ファイバ１と、これら光ファイバ１の被覆を一定長剥いてなる裸光ファイバ３と、この裸光ファイバ３の並列配置面上に平行に設置される薄板基板５と、裸光ファイバ３間を充填しつつ裸光ファイバ３と薄板基板５とを接着固定する耐熱性樹脂７とからなる。
【００３６】
ここで光ファイバ１は、例えばコア外径が５０μｍ、クラッド外径が１２５μｍからなる裸光ファイバ３に耐熱性の被覆材を被覆してなるものであり、被覆後の光ファイバ１の外径は２５０μｍ程度を有するものである。また、コア外径及び外径等は上述したものに限定されるものではない。更に、光ファイバ１は、単心光ファイバケーブルに限らず、予めテープ状に成形されている光ファイバテープであってもよい。
【００３７】
薄板基板５は、透明な薄い基板であり、本実施の形態においては、縦５ｍｍ、横１３ｍｍ、厚さ１００μｍのものを使用し、材質は石英又はＰｙｒｅｘ（＃７７４０）（登録商標）などのガラスやアルミナ、ジルコニアなどのセラミックスのように耐熱性の高い材料からなるものである。この薄板基板５は、当該製品を組み立て後、この薄板基板５上に配置した発光素子から出力される光を低損失で透過する高透過率特性と、ハンダリフロー時において変形又は溶融しない耐熱性を有している。
【００３８】
耐熱性樹脂７は、具体的にはポリイミド樹脂である。ポリイミド樹脂は、熱硬化性樹脂であり、耐熱性や機械的特性等に優れた特性を有する。そのため硬化後のハンダリフロー時に、再加熱を行っても一定温度までは軟化しない特性を有している。この温度は具体的に３００℃以上である。また、この耐熱性樹脂７は、光を低損失で透過させることができる高透過率特性を有するものとする。
【００３９】
次に、図２を参照して、光ファイバアレイ１１の固定方法について説明する。
【００４０】
本発明の光ファイバアレイ１１は、８本のアレイを例に挙げると、８本の光ファイバ１を用意し、この光ファイバ１の端部被覆を除去して裸光ファイバ３を露出させ、露出された裸光ファイバ３の先端部分を高精度加工されたＶ溝アレイ基板２５に配置して、所定長を有する裸光ファイバ３を並列配置させる。好ましくは被覆部もＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置固定する。さらに好ましくは裸光ファイバ３用のＶ溝アレイ基板と被覆部のＶ溝アレイ基板とは裸光ファイバに対応するＶ溝の中心が各々同一直線上に配置されている。次いで、この並列配置された裸光ファイバ３面に薄板基板５を配置し、薄板基板５の周縁に囲いを設ける。そして、この囲い中に耐熱性樹脂７を流し入れて薄板基板５と裸光ファイバ３を一体成形し、耐熱性樹脂７の硬化後に、Ｖ溝アレイ基板２５から外して、端面を４５°に切断又は切断・研磨することで高精度かつ低コストの光ファイバアレイ１１を完成させる。
【００４１】
ここで隣り合う裸光ファイバ３の間隔は通常２５０μｍである。また薄板基板５と裸光ファイバ３間の間隔は、１０μｍ程度である。尚、薄板基板５と裸光ファイバ３間の間隔は１０μｍに限らず、直接薄板基板５と裸光ファイバ３とが接触するように配置することにより、より受発光素子との間隔が狭められ、結合効率の面から見ても良い。
【００４２】
このように本発明の光ファイバアレイ１１は、Ｖ溝アレイ基板２５を利用して、裸光ファイバ３を高精度に並列配置させることができるので、従来と同等の光学特性を有しつつもＶ溝アレイ基板２５を構成部品に含まないことから、Ｖ溝アレイ基板２５にかかる部品コストを削減することができる。
【００４３】
また本発明の光ファイバアレイ１１においては、光ファイバ１は耐熱性樹脂で被覆されており、また薄板基板５は耐熱性素材からなり、更に耐熱性樹脂７はポリイミド樹脂からなるので、プリント配線基板上に配置されたチップと同時にハンダリフロー炉で自動実装することができる。これにより手作業による光ファイバアレイの実装が不要となるので実装コストを低減させることができる。
【００４４】
（製造方法）
次に、図２を参照して本発明の光ファイバアレイ１１の製造方法を説明する。
【００４５】
図２は、光ファイバアレイ１１を製造する光ファイバアレイ固定治具２１の構成を示す図である。具体的に図２（ａ）は、光ファイバアレイ固定治具２１の側面断面図であり、図２（ｂ）は、光ファイバアレイ固定治具２１のＢ−Ｂ断面図である。
【００４６】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、この光ファイバアレイ固定治具２１は、固定台２７と、この固定台２７上に設けられる薄板基板５の配置位置を固定するための薄板基板設定位置２２と、この薄板基板設定位置２２から所定距離離れて設けられるＶ溝アレイ基板設定位置２４と、このＶ溝アレイ基板設定位置２４上に設けられてポリイミド樹脂からなる平坦な耐熱緩衝材２３と、この耐熱緩衝材２３に一定圧を加える光ファイバ素線用押え板２９とを備え、この裸光ファイバ用押え板２９及び耐熱緩衝材２３の両脇にはポールが配置され、このポールを軸にして光ファイバ素線用押え板２９及び耐熱緩衝材２３が上下方向に移動する。また固定台２７の薄板基板設定位置２２の後方には製造時に光ファイバ１が移動するのを抑える光ファイバ用押え板２６が設けられている。また、図示してないが光ファイバアレイ固定治具２１には、設定された光ファイバ１の直下に上下方向に薄板基板５の配置を調節することができる治工具又はスペーサ等が設けられている。
【００４７】
ここでＶ溝アレイ基板２５は、入手可能な一般的なＶ溝アレイ基板である。その中でも特に裸光ファイバ用についてはＶ溝の間隔が精度高く形成されているものであるものが望ましい。つまりＶ溝アレイ基板２５に刻み込まれているＶ溝の深さが、全溝において同じ深さとなるように高精度研磨されているものが望ましい。尚、このＶ溝アレイ基板２５は、予め光ファイバアレイ固定治具２１のＶ溝アレイ基板２５用設定位置２４に設定されている。
【００４８】
次に、このような構成を有する光ファイバアレイ固定治具２１を用いた光ファイバアレイの製造手順を説明する。
【００４９】
まず、薄板基板設定位置２２に薄板基板５を載置する。次いで、光ファイバ１を８本用意し、各光ファイバ１の先端から２０ｍｍ以上の被覆を除去して裸光ファイバ３を露出させる。次いで裸光ファイバ３の先端から５ｍｍをＶ溝アレイ基板２５のＶ溝に配置し、５ｍｍを薄板基板５上に配置する。
【００５０】
続いて、裸光ファイバ３が配置されたＶ溝アレイ基板２５上に耐熱緩衝材２３を垂直に降ろし、更に光ファイバ１上に光ファイバ用押え板２６を垂直に降ろして、それぞれ裸光ファイバ３、光ファイバ１の位置を固定する。このとき裸光ファイバ３に歪みが生じないように治工具又はスペーサを調整して光ファイバ１及び裸光ファイバ３を水平に保つようにする。
【００５１】
次いで、薄板基板５の周縁に囲いを立設し、この囲いの内側にポリイミド前駆体を流し入れる。そしてこの状態でポリイミド前駆体をオーブンで加熱してイミド化させる。イミド化されてポリイミドが硬化後、光ファイバアレイ固定治具２１のＶ溝アレイ基板２５から光ファイバアレイを取り外す。
【００５２】
図３（ａ）は取り外した光ファイバアレイを可変アングル端面加工機４１に設置した状態を示す図である。
【００５３】
この可変アングル端面加工機４１は、ＸＹ方向に自在に回転する平坦なＸＹθテーブル４５と、このＸＹθテーブル４５に垂直に配置される切断ブロック４３とを少なくとも備え、この切断ブロック４３上に光ファイバアレイを載置して端面を切断・研磨するものである。
【００５４】
また、可変アングル端面加工機４１には研磨機５１が隣接配置されている。この研磨機５１は、モータ駆動により高速回転する円柱状のスピンドル５５と、このスピンドル５５の先端に設けられる円盤状の砥石５３とを少なくとも備え、スピンドル５５が回転すると、回転軸に対して垂直に設けられた砥石が回転する。
【００５５】
そこでまず図３（ａ）に示すように、取り外した光ファイバアレイの薄板基板５面にホットワックス等を塗り、可変アングル端面加工機４１の切断ブロック４３上に固定する。ここでホットワックスとは、主に素材の切断、研磨時の仮止めに使用され、加熱により流動化する接着剤である。
【００５６】
次いで図３（ｂ）に示すように、ＸＹθテーブル４５を４５°回転させて、裸光ファイバ３を下向きにして設定する。そして薄板基板５、裸光ファイバ３及び耐熱性樹脂７が積層された部分に研磨機５１を配置し、裸光ファイバ３の端面を薄板基板５ごと４５°に切断し、又は切断した後に研磨することで、光ファイバコア内を伝搬した光が光ファイバ１に対して直角方向に出射するように端面を加工する。
【００５７】
上記加工を行うことによって、図３（ｃ）に示すように、端面が４５°に切断・研磨された光ファイバアレイ１１を作製することができる。
【００５８】
一方、光ファイバ１がポリイミド樹脂で被覆されている場合は、ポリイミドで被覆された光ファイバ１は通常の光ファイバと同じ被覆厚にすることが困難なため、通常の光ファイバテープの製造ラインでは作製不可能である。ポリイミド樹脂で被覆する光ファイバを製造するためには専用のテープ化ラインが必要である。
【００５９】
そこで、被覆硬化する際に、つまりイミド化の際に若干の未反応のポリイミド前駆体を被覆上に残しておき、完全にイミド化は行なわずアレイ化（ポリアミド酸をイミド化して光ファイバを固定する）の際に、この裸光ファイバ３をＶ溝等によって規則的に配置させた後に、この未反応のポリアミド酸をイミド化することで、隣接の光ファイバ１同士を硬化すれば、容易に光ファイバ１同士を密着させた、即ちテープ化させた光ファイバアレイ１１を製造することができる。
【００６０】
尚、光ファイバアレイ１１上にＶＣＳＥＬアレイやＰＤアレイを搭載することを考えると、光ファイバアレイ１１の端面の加工角度は４５°が好ましい。図７に端面（反射面）に対する入射角度と反射率との関係を示す。図７（ａ）は入射角０〜４５°における入射角と反射率との関係を示し、図７（ｂ）は入射角４０〜４５°の部分の拡大図である。図中、Ｐ、Ｓは光の偏波方向を示し、光線の入射点において境界面に立てた入射法線と入射光線の作る平面を入射面とすると、入射面内に電場の振動する偏光がＰ偏光、入射面に垂直な方向に振動する偏光がＳ偏光である。
【００６１】
図７（ａ）（ｂ）に示すように、光ファイバコア内を伝搬して端面に入射する入射角（ｄｅｇ）を横軸とし、この入射角に対する反射率（％）を縦軸とした場合、光ファイバの実効的な屈折率では全反射の臨界角は約４３．９°である。また、その逆で薄板基板から端面を反射して光ファイバコア内に伝搬する場合も同じである。一方、ＶＣＳＥＬの典型的な放射角は１０°程度であるため深い角度（例えば４０°）で入射する光は全反射せずに一部（約３７．５％）は屈折して透過してしまう。
【００６２】
この対策として４５°ミラー面に反射膜を施す。この反射膜はメッキやＣＶＤの様に化学反応を利用して金属を析出したり、真空蒸着やスパッタの様に物理的に金属膜または誘電体膜を堆積したものでよい。例えば、金属の微粒子を配合させたペーストや洗面台等の鏡に使われるつや出し用の樹脂を塗布しても良い。
【００６３】
このように本発明の光ファイバアレイ１１の製造方法によれば、高精度なＶ溝を有するＶ溝アレイ基板２５を利用して製造することで、Ｖ溝アレイ基板２５を用いて製造したものと同等の光ファイバアレイを製造することができる。これによりＶ溝アレイ基板２５を構成部品に含まずして高精度な光ファイバアレイ１１を製造できるので、部品コストを低減させることができる。
【００６４】
また、本発明の光ファイバアレイ１１の製造工程においては、薄板基板５上に裸光ファイバ３を配置し、その上からポリイミド樹脂７を充填してその後硬化して製造することができるので、ポリイミド樹脂７が密閉されることがない。このため耐熱性樹脂７を加熱して蒸気が発生しても、この蒸気を外部に排気することができるので気泡の発生を抑制することができる。
【００６５】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光ファイバアレイを説明する。
【００６６】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光ファイバアレイ３１の構成を示す図である。具体的に図４（ａ）は光ファイバアレイ３１の側面図であり、図４（ｂ）は光ファイバアレイ３１をＡ方向から見た断面図である。
【００６７】
本発明の光ファイバアレイ３１は、第１の実施の形態の光ファイバアレイ１１と略同等の構成を有するが、薄板基板５（平板基板９）を構成部品としない点で第１の実施の形態と異なる。
【００６８】
つまり本発明の光ファイバアレイ３１は、等間隔で並列に配置された複数本の光ファイバ１と、これら光ファイバ１の被覆を一定長除去してなる裸光ファイバ３と、これら裸光ファイバ３の間を充填しつつ裸光ファイバ３の配置を接着固定する耐熱性樹脂７とからなる。
【００６９】
ここで、第１の実施の形態では薄板基板５は光ファイバアレイ１１の構成部品であったが、本実施の形態においては、製造最終工程で薄板基板５は剥離するため、単に裸光ファイバ３を平行に保持することができるような、平坦かつ高剛性を有する基板であれば良い。そこで第１の実施の形態で使用した薄板基板５に替えて、本実施の形態においては平板基板９を使用する。尚、光ファイバ１及び耐熱性樹脂７は、第１の実施の形態で用いた部材と同等のものであるので説明は省略する。
【００７０】
次に、図４を参照して、光ファイバアレイ１１の作用及び効果について説明する。
【００７１】
本発明の光ファイバアレイ３１は、８本のアレイを例に挙げると、８本の光ファイバ１を用意し、この光ファイバ１の端部被覆を除去して裸光ファイバ３を露出させ、露出された裸光ファイバ３の先端部分を高精度加工されたＶ溝アレイ基板２５に配置して、所定長を有する裸光ファイバ３を並列配置する。次いで、この並列配置した裸光ファイバ３面に後に剥離可能な処理を施した非カップリング材を塗布した平板基板９を配置し、この平板基板９の周縁に囲いを設ける。そして、この囲い中に耐熱性樹脂７を流し入れて裸光ファイバ３の配置を固定化し、耐熱性樹脂７の硬化後、固定化された光ファイバアレイをＶ溝アレイ基板２５から外して端面を４５°に切断・研磨し、その後に平板基板９を剥離することで、高精度かつ低コストの光ファイバアレイ３１を完成させる。
【００７２】
ここで隣り合う裸光ファイバ３の間隔は、第１の実施の形態と同様である。しかし、これはプリント配線基板上に実装されるチップ端子の間隔に合わせて設計されるものであるため、これに限定されるものではない。また、平板基板９と裸光ファイバ３間の間隔も第１の実施の形態と同様であるが、これも設計により適宜変更されるものであり、これに限定するものではない。
【００７３】
このように本発明の光ファイバアレイ３１は、Ｖ溝アレイ基板２５を利用して、裸光ファイバ３を高精度に並列配置させることができるので、従来と同等の光学特性を有しつつ、Ｖ溝アレイ基板２５及び平板基板９を構成部品としないことからＶ溝アレイ基板２５と平板基板９に掛かる部品コストを削減することができる。
【００７４】
尚、本発明の光ファイバアレイ３１は、第１の実施の形態の効果と同様に、光ファイバ１及び耐熱性樹脂７がそれぞれ耐熱性を有することから、プリント配線基板上に配置されたチップと同時にハンダリフロー炉で自動実装することができる。これにより手作業による光ファイバアレイの実装が不要となるので実装コストを低減させることができる。
【００７５】
また、後に剥離可能な処理とは、平板基板９とポリイミド樹脂７との密着性が不良となるような処理であり、耐熱性樹脂（ポリイミド）との密着が不良な基板を選択することをも含む（以下、表面処理という。）この表面処理を予め施しておき、平板基板９に裸光ファイバ３を配置する。尚、このフッ素化ポリイミドとは、フッ素原子が含まれるポリイミド樹脂であり、近赤外波長帯域における光の透過率を改善させた他、耐熱性及び耐薬品性などの特性を有しているものである。
【００７６】
（製造方法）
次に、本発明の光ファイバアレイ３１の製造方法を説明する。
【００７７】
本発明の光ファイバアレイ３１の製造方法は、図２に示した光ファイバアレイ固定治具２１を使用して製造する。第１の実施の形態と異なる点は、薄板基板５に替えて平板基板９を配置することにある。そのため平板基板９を配置する点を除き、光ファイバアレイ固定治具２１の構成は略同一であることから構成の詳細説明は省略する。
【００７８】
次に光ファイバアレイ固定治具２１を用いた本実施の形態に係る光ファイバアレイ３１の製造手順を８本のアレイを例に挙げて説明する。
【００７９】
まず、薄板基板設定位置２２に平板基板９を載置し、この平板基板９に非カップリング材を塗布する。次いで光ファイバ１を８本用意し、各光ファイバ１の先端から２０ｍｍ以上までの被覆を除去して裸光ファイバ３を露出させる。裸光ファイバ３の先端から５ｍｍをＶ溝アレイ基板２５のＶ溝に配置し、５ｍｍを表面処理された平板基板９上に配置する。
【００８０】
続いて、裸光ファイバ３が配置されたＶ溝アレイ基板２５上に耐熱緩衝材２３を垂直に降ろし、また光ファイバ１上には光ファイバ用押え板２６を垂直に降ろして、裸光ファイバ３の位置を固定する。このとき裸光ファイバ３に歪みが生じないように治工具又はスペーサを調整して光ファイバ１及び裸光ファイバ３を水平に保つようにする。
【００８１】
次いで、平板基板９の周縁に囲いを立設し、この囲いの内側にポリイミド前駆体を流し入れる。この状態でポリイミド前駆体をオーブンで加熱してイミド化させる。イミド化されてポリイミドが硬化後、光ファイバアレイ固定治具２１のＶ溝アレイ基板２５から光ファイバアレイを取り外す。図５（ａ）は取り外した光ファイバアレイを示す図である。
【００８２】
続いて、この取り外した光ファイバアレイを可変アングル端面加工機４１に設置して、研磨機５１で裸光ファイバ３の端面を平板基板９ごと４５°に切断し、又は切断した後に研磨することで、光ファイバコア内を伝搬した光が光ファイバ１に対して直角方向に出射するように端面を加工する。
【００８３】
そして最後に、図５（ｃ）に示すように平板基板９を剥離することで、裸光ファイバ３の一側面が露出した状態の光ファイバアレイ３１を作製することができる。このとき平板基板９には予め表面処理が施されているため、剥離が容易である。
【００８４】
このように本実施の形態に係る光ファイバアレイ３１の製造方法によれば、高精度なＶ溝を有するＶ溝アレイ基板２５を利用して製造することで、Ｖ溝アレイ基板２５を用いて製造した光ファイバアレイと同等の光ファイバアレイを製造することができる。これによりＶ溝アレイ基板２５を構成部品に含まずして高精度な光ファイバアレイ３１を製造できるので、部品コストを低減させることができる。
【００８５】
また、平板基板９に表面処理を施して剥離可能とすることで、光ファイバアレイ３１を単に裸光ファイバ３と耐熱性樹脂７の構成部品のみで形成することができるので、薄板基板５を使用しない分、第１の実施の形態よりも更に受発光素子と光ファイバのコアとの距離が削減できる。
【００８６】
また第１の実施の形態の効果と同様に、光ファイバアレイ３１の製造工程においても、平板基板９上に裸光ファイバ３を配置し、その上からポリイミド樹脂７を充填してその後硬化して製造することができるので、ポリイミド樹脂７が密閉されることがない。このため耐熱性樹脂７を加熱して蒸気が発生しても、この蒸気を外部に排気することができるので気泡の発生を抑制することができる。
【００８７】
また更に、本実施の形態においては、従来の光ファイバアレイの製造方法がＶ溝アレイ基板２５のＶ溝に裸光ファイバ３を配置して、このＶ溝に接着剤を充填してからこの上面にガラス基板を被せて裸光ファイバ３をＶ溝内に封じ込ませると共にガラス基板をＶ溝アレイ基板２５に接着させていたので、裸光ファイバ３とガラス基板との間に形成される接着剤層により光の透過率特性が低下していた。これに対して本実施の形態によれば、薄板基板と裸光ファイバ３間は密接しているので接着層は形成されず、これにより光の透過率特性を従来と比べて格段に向上させることができる。
【００８８】
（変形例）
本実施の形態の変形例として、ポリイミド前駆体をオーブンで加熱してポリイミドを硬化した状態において、図６（ａ）に示すように、光ファイバアレイ固定治具２１のＶ溝アレイ基板２５から光ファイバを取り外した後に、図６（ｂ）に示すように、平板基板９を剥離して、この剥離した裸光ファイバ３面にホットワックス等を塗り切断ブロックに固定する。そして図６（ｃ）に示すように裸光ファイバ３の端面をポリイミドごと４５°に切断するか、切断後に研磨することで、光ファイバコア内を伝搬した光が光ファイバ１に対して直角方向に出射するように端面を加工して光ファイバアレイ１１を完成することもできる。
【００８９】
【発明の効果】
従って請求項１記載の本発明によれば、透明且つ平板状の薄板基板に、Ｖ溝アレイ基板を利用して先端部分の被覆が所定長除去されてなる裸光ファイバを複数本等間隔で配置し、これら裸光ファイバと薄板基板とを耐熱性樹脂で一体固定し、薄板基板上に並列配置された裸光ファイバを所定角度で切断するか又は切断後研磨することで、Ｖ溝アレイ基板を構成部品とせずしてＶ溝アレイ基板を使用したのと同等の光ファイバアレイを形成することができるので、光学特性を維持しつつ低コストの光ファイバアレイを提供することができる。
【００９０】
また請求項２記載の本発明によれば、請求項１記載の発明において、Ｖ溝アレイ基板を利用して並列配置された裸光ファイバに薄板基板を配置するのに対して、薄板基板を製造中又は製造後剥離することで、受発光素子と光ファイバのコアとの距離を削減できるため、Ｖ溝アレイ基板が組み込まれたものに比べて受発光素子との結合効率の良好な光ファイバアレイを提供することができる。
【００９１】
更に請求項３記載の本発明によれば、光ファイバアレイ上にＶＣＳＥＬアレイやＰＤアレイを搭載することを考えて、端面に反射膜を施すことにより出射光の出射角度を考慮して、一部屈折して透過してしまう光も積極的に反射することができるので、受発光素子との結合効率の良好な光ファイバアレイを提供することができる。
【００９２】
請求項４記載の本発明によれば、裸光ファイバを等間隔で保ち、且つコアの高さを一定に保持するＶ溝アレイ基板を利用して、このＶ溝アレイ基板に、被覆が除去された裸光ファイバの先端部を配置し、好ましくは被覆部もＶ溝アレイ基板のＶ溝に配置し、Ｖ溝アレイ基板と被覆を被った光ファイバの被覆端部との間の、所定長の裸光ファイバに薄板基板を縦添えして、この薄板基板の外周に囲いを設けてその内側に耐熱性樹脂を流し入れ硬化させることで、光ファイバのコアを等間隔で保ちつつ且つコアの高さを一定に保持する光ファイバアレイを製造することができる。これにより完成した光ファイバアレイはＶ溝アレイ基板を構成部品に含まないので低コストで作製することができる。
【００９３】
また、補正器具としてＶ溝アレイ基板を利用することで、高精度な光ファイバ配置を維持することができるので、結果として従来と同等の光学特性を有する光ファイバアレイを製造することができる。
【００９４】
更に、耐熱性樹脂は、薄板基板の外周に囲いを設けてその内側に流し入れているので、常時上面が開放されている。そのため加熱硬化（後述のポリイミドにおいてはイミド化）を行っても、開放面から溶媒の蒸気が外部に排出されるため、耐熱性樹脂中における気泡の発生を防止することができる。その結果、光学特性を向上させることができる。
【００９５】
請求項５記載の本発明によれば、請求項４記載の発明において、並列配置された裸光ファイバに薄板基板の代わりに平板基板を配置する工程で、この平板基板の表面を後に剥離可能なように処理することで、完成された光ファイバアレイから平板基板を剥離することが出来る。これにより光ファイバアレイを裸光ファイバと耐熱性樹脂のみで構成することができるので、構成部品点数を削減することができる。その結果、低コストな光ファイバアレイを提供することができる。
【００９６】
請求項６記載の本発明によれば、光ファイバアレイ上にＶＣＳＥＬアレイやＰＤアレイを搭載することを考えて、端面に反射膜を施すことにより出射光の出射角度を考慮して、一部屈折して透過してしまう光も積極的に反射することができるので、受発光素子との結合効率の向上する光ファイバアレイを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光ファイバアレイの構成を示す図であり、（ａ）は光ファイバアレイ１１の側面図、（ｂ）は光ファイバアレイ１１をＡ方向から見た断面図である。
【図２】本発明における光ファイバの固定方法の構成例を示す図であり、（ａ）は光ファイバアレイ固定治具の側面断面図、（ｂ）は光ファイバアレイ固定治具のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に対する切断角度４５°の加工工程を示す図であり、（ａ）はＶ溝アレイ基板２５から光ファイバアレイを取り外した状態を示す図、（ｂ）は取り外した光ファイバアレイを切断する図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態にかかる光ファイバアレイ３１の構成を示す図であり、（ａ）は光ファイバアレイ３１の側面図、（ｂ）は光ファイバアレイ３１をＡ方向から見た断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に対する切断角度４５°の加工工程を示す図であり、（ａ）はＶ溝アレイ基板２５から光ファイバアレイを取り外した状態を示す図、（ｂ）は取り外した光ファイバアレイを切断する図、（ｃ）は平板基板９を剥離した状態を示す図である。
【図６】（ａ）はＶ溝アレイ基板２５から光ファイバアレイを取り外した状態を示す図、（ｂ）は取り外した光ファイバアレイに切断ブロックを固定する図、（ｃ）は切断ブロック及び平板基板９を剥離した状態を示す図である。
【図７】光の入射角度と各偏光成分に対する反射率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の応用例を示す図であり、（ａ）はアレイ化した光ファイバを用いたチップ間の光配線の一例を示す構成図であり、（ｂ）は、アレイ化した光ファイバを用いたプリント配線基板間の光配線の一例を示す構成図である。
【図９】従来技術による光ファイバアレイ構造を示す図であり、（ａ）は端面が４５°に切断されてなる光ファイバアレイの構造を示す図、（ｂ）は光ファイバアレイの端部に接続されている小型コネクタ１３１の断面を示す図である。
【符号の説明】
１    光ファイバ
３  裸光ファイバ
５  薄板基板
７  耐熱性樹脂
９  平板基板
１１、３１  光ファイバアレイ
１３  切断ブロック
２１  光ファイバアレイ固定治具
２２  薄板基板設定位置
２３  耐熱緩衝材
２４  Ｖ溝アレイ基板設定位置
２５  Ｖ溝アレイ基板
２６  光ファイバ用押え板
２７  固定台
２９  裸光ファイバ用押え板
４１  可変アングル端面加工機
４３  切断ブロック
４５  ＸＹθテーブル
５１  研磨機
５３  砥石
５５  スピンドル
１００  プリント配線基板
１０３ａ、１０３ｂ  ＬＳＩ
１０５  ポリマー光導波路
１０７ａ、１０７ｂ  発光／受光素子
１０９  伝搬光
１１１ａ、１１１ｂ  光電変換モジュール
１２０  光ファイバアレイ
１２１  光ファイバ
１２３  裸光ファイバ
１２５  薄板基板
１２７  Ｖ溝アレイ基板
１３１  小型コネクタ
【図１】
2004246192.tif 000003
【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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