(57)【要約】【課題】電気信号を光信号に変換する為の発光素子や光信号を電気信号に変換する為の受光素子の配置が制限されなく、光を効率的に送信できる二次元光導波装置である。【解決手段】二次元光導波装置は、二次元光導波路１０２、二次元光導波路１０２内に光を伝播させる送信部１１０、及び二次元光導波路１０２内を伝播する光を受信する受信部１１２を有し、送信部１１０と受信部１１２との間に、送信部１１０からの伝播光を中継して受信部１１２へ伝送する中継手段１０６を備えている【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元光導波路、該二次元光導波路内に光を伝播させる送信部、及び該二次元光導波路内を伝播する光を受信する受信部を有する二次元光導波装置であって、該送信部と受信部との間に、該送信部からの伝播光を中継して該受信部へ伝送する中継手段を備えていることを特徴とする二次元光導波装置。
【請求項２】
前記中継手段は、前記光導波路平面内において伝播光の伝播状態を送信側と受信側との間の伝播経路上で中継的に変更することを特徴とする請求項１記載の二次元光導波装置。
【請求項３】
前記中継手段は、前記光導波路平面内の方向とこれにほぼ垂直な方向の間において伝播光の伝播状態を送信側と受信側との間の伝播経路上で中継的に変更することを特徴とする請求項１記載の二次元光導波装置。
【請求項４】
前記中継手段は、ビーム状態で伝播する光ビームを光導波路平面内で３６０度全方向に拡散或いは一部の方向に拡散する拡散構造体を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の二次元光導波装置。
【請求項５】
前記拡散構造体は、光導波路コア層の厚さ以下の大きさの微小構造体であることを特徴とする請求項４記載の二次元光導波装置。
【請求項６】
前記中継手段は、ビーム状態で伝播する光ビームをビーム状態のままで伝播方向を変更する反射構造体を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の二次元光導波装置。
【請求項７】
前記二次元光導波路の光ビームを伝播させる部分の少なくとも一部に、三次元光導波路が形成されていることを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の二次元光導波装置。
【請求項８】
前記中継手段は、伝播光の伝播状態をパッシブに変更する光学構造体であることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の二次元光導波装置。
【請求項９】
前記中継手段は、伝播光の伝播状態をアクティブに変更する為に、伝播光を受光してこれをＯＥ変換する受光素子と該ＯＥ変換で得られた電気信号をＥＯ変換して光信号を再生する発光素子を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の二次元光導波装置。
【請求項１０】
前記二次元光導波路は、シート状のコア層とそれを挟む第１及び第２のクラッド層が積層された構造を有することを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の二次元光導波装置。
【請求項１１】
送信側の発光素子と受信側の受光素子の少なくとも一方が前記二次元光導波路の表面ないしは内部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の二次元光導波装置。
【請求項１２】
前記発光素子より出射される１本或いはそれ以上の光ビームを１つ或いはそれ以上の所定の方向へ光ビームとして伝播させる為の光路変換構造体が該発光素子の下の光導波路部分に配置されていることを特徴とする請求項１１記載の二次元光導波装置。
【請求項１３】
前記光路変換構造体は、半球状、円錐形状、楔形状、或いは多角錐形状の構造体であることを特徴とする請求項１２記載の二次元光導波装置。
【請求項１４】
前記発光素子は、前記光路変換構造体の斜面に出射光が結合するように配置されたアレイ状の面発光レーザであることを特徴とする請求項１３記載の二次元光導波装置。
【請求項１５】
前記発光素子はリング状の共振器を有した半導体レーザであることを特徴とする請求項１１記載の二次元光導波装置。
【請求項１６】
前記発光素子と前記受光素子の少なくとも一方が球形状光素子であることを特徴とする請求項１１記載の二次元光導波装置。
【請求項１７】
前記球形状光素子の表面に電子デバイスが集積して形成されていることを特徴とする請求項１６記載の二次元光導波装置。
【請求項１８】
前記光導波路面上に、前記光素子を駆動する為の電気配線が形成されていることを特徴とする請求項１１乃至１７の何れかに記載の二次元光導波装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８の何れかに記載の二次元光導波装置を電気配線層に電気的接続が得られるように実装した光電融合配線基板であって、該電気配線層の信号の一部または全てを該光導波装置を用いた光信号の授受によって配線させて電子機器を動作させることを特徴とする光電融合配線基板。
【請求項２０】
前記二次元光導波装置を複数層用いたことを特徴とする請求項１９記載の光電融合配線基板。
【請求項２１】
前記二次元光導波装置内に、該二次元光導波装置を貫通し、それを挟む電気配線層同士を電気的に結合する為の複数のビアが形成されていることを特徴とする請求項１９または２０記載の光電融合配線基板。
【請求項２２】
前記電気配線層がパラレル信号ラインを有し、その出力端子が前記球形状発光素子に結合され、該球形状発光素子に集積された電子デバイスによりパラレル／シリアル変換することにより、シリアル光信号が前記二次元光導波装置を伝播する様に形成されていることを特徴とする請求項１９乃至２１の何れかに記載の光電融合配線基板。
【請求項２３】
前記シリアル光信号を前記二次元光導波装置に埋め込まれた前記球形状受光素子で受光し、該球形状受光素子に集積された電子デバイスによりシリアル／パラレル変換することにより、パラレル電気信号が前記電子デバイスに伝送される様に形成されていることを特徴とする請求項２２記載の光電融合配線基板。
【請求項２４】
前記電気配線層内に、該電気配線層を貫通し、それを挟む二次元光導波装置同士間を光信号が伝播できるように複数の光スルーホールが形成されていることを特徴とする請求項１９乃至２３の何れかに記載の光電融合配線基板。
【請求項２５】
前記光スルーホールを介して複数の二次元光導波装置を結んだことを特徴とする請求項２４記載の光電融合配線基板。
【請求項２６】
前記光スルーホール内部に前記二次元光導波装置のコア層材料と同様の材料を充填したことを特徴とする請求項２４または２５記載の光電融合配線基板。
【請求項２７】
前記光スルーホール内部が空気であることを特徴とする請求項２４または２５記載の光電融合配線基板。
【請求項２８】
前記光スルーホール内部に光ファイバーないしはレンズを挿入したことを特徴とする請求項２４または２５記載の光電融合配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次元光導波装置、及び電気配線層と光配線層が混載された光電融合配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日の携帯電話や個人情報端末の急速な普及に伴い、機器の更なる小型・軽量化また高機能化が求められている。しかし、小型・軽量化また高機能化により回路基板の高速化と高集積化が進み、信号遅延、ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：電磁干渉ノイズ）の発生などの問題への対応が急務となっている。これらの問題を解決する手段として、従来の電気配線において問題となっていた信号遅延、信号劣化および配線から放射される電磁干渉ノイズが低減され、かつ高速伝送が可能である光配線技術が期待されている。
【０００３】
この光配線の利点を用いた特開平９−９６７４６号公報には、次の様な光回路基板が開示されている。この光回路基板では、光配線部と電気配線部を分離し、電子機器からの電圧信号により基体上に設けられた光スイッチ或いは光変調器を駆動させ、前記基体上に設けられた光導波路を伝播する光を変調し、電気信号を光信号に変換して伝送し、前記基体或いは他の基体上に設けられた受光素子により光信号を電気信号に変換して、他の電子機器または同一の電子機器に信号を伝達する。この方法は電気配線における問題点を光配線で補ったものであるが、光配線が伝送線路（線状のポリマー導波路）であるため、電気／光信号（ＥＯ）変換或いは光／電気信号（ＯＥ）変換を行う場所が限定されてしまう。
【０００４】
また、特開２０００−１９９８２７号公報に開示の装置においては、光導波路に対して垂直に出入射される光を効率良く結合させるために、４５度傾いたミラーを用いている。この様に光導波路への結合のため及び光導波路を伝播してきた光を受光素子に結合させるために４５度ミラーを用いているので、伝送路が線路となり、複数の伝送路を形成する場合には、発光素子及び受光素子の設置位置が制限されて設計の自由度が少ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来例においては光信号の伝送路が線路であるために設計の自由度が制限されている。したがって、本発明の目的は、電気信号を光信号に変換する為の発光素子や光信号を電気信号に変換する為の受光素子の配置が制限されることがなく、光を効率的に送信できる様に伝播光の伝播状態を送信側と受信側との間の伝播経路上で中継的に変更する中継手段を備える二次元光導波装置、及びそれを用いた光電融合配線基板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
上記目的を達成するための本発明の二次元光導波装置は、二次元光導波路、該二次元光導波路内に光を伝播させる送信部、及び該二次元光導波路内を伝播する光を受信する受信部を有する二次元光導波装置であって、該送信部と受信部との間に、該送信部からの伝播光を中継して該受信部へ伝送する中継手段を備えていることを特徴とする。本発明における二次元導波路とは、当該導波路自体が持つ光の伝搬機能が、送信部からの光信号を受信部のある方向にのみ伝搬させるものではなく、それ以外の面内方向へも伝搬させ得るものである。この構成によれば、送信側と受信側との間で、送信側と受信側の配置態様に応じて、ビーム伝送と拡散伝送、ビーム伝送とビーム伝送、拡散伝送とビーム伝送、拡散伝送と拡散伝送等の組み合わせ伝送を利用することができ、光パワーのロスを抑制して効率良く信号伝送ができる。典型的には、光信号が受光素子の近くまで最初に光ビームで伝播させられた後に中継手段で全方向に拡散される組み合わせ伝送を採用することで、受光素子にパワーロス少なく高効率で光信号を伝播できる。しかし、後述するようなアクティブな中継手段を採用すれば、拡散伝送と拡散伝送を組合わせて受光素子に好適に光信号を伝播させられる場合もある。また、中継手段を２段以上設けて受光素子に光信号を伝播させてもよい。
【０００７】
上記基本構成に基づいて、以下の様な態様が可能である。
前記中継手段は、光導波路平面内において伝播光の伝播状態を送信側と受信側との間の伝播経路上で中継的に変更したり（図１等参照）、光導波路平面内の方向とこれにほぼ垂直な方向の間において伝播光の伝播状態を送信側と受信側との間の伝播経路上で中継的に変更したりする（図８等参照）。
【０００８】
前記中継手段は、例えば、ビーム状態で伝播する光ビームを光導波路平面内で３６０度全方向に拡散或いは一部の方向に拡散する拡散構造体を含む。この場合、拡散構造体は、例えば、光導波路コア層の厚さ以下の大きさの微小構造体である（図１等参照）。前記中継手段は、ビーム状態で伝播する光ビームをビーム状態のままで伝播方向を変更する反射構造体を含む態様も採り得る（図６等参照）。
【０００９】
前記二次元光導波路の光ビームを伝送する部分には、三次元光導波路が形成されてもよい。これにより、光パワーロスを更に少なくできる。
【００１０】
前記中継手段は、伝播光の伝播状態をパッシブ（増幅、整形等して再生する処理を光信号に施さないことを意味する）に変更する光学構造体（グレーティング、ホログラム、粗面構造体、微小突起構造体など）であったり、伝播光の伝播状態をアクティブ（増幅、整形等して再生する処理を光信号に施すことを意味する）に変更する為に、伝播光を受光してこれをＯＥ変換する受光素子と該ＯＥ変換で得られた電気信号をＥＯ変換して光信号を再生する発光素子を含んだりする。何れを用いるかは、場合に応じて決めればよい。
【００１１】
前記二次元光導波路は、例えば、シート状のコア層とそれを挟む第１及び第２のクラッド層が積層された構造を有する。また、送信側の発光素子と受信側の受光素子の設置個所は限定されないが、典型的には、少なくとも一方が前記二次元光導波路の表面ないしは内部に配置されている。
【００１２】
前記発光素子より出射される１本或いはそれ以上の光ビームを１つ或いはそれ以上の所定の方向へ光ビームとして伝播させる為の光路変換構造体が該発光素子の下の光導波路部分に配置されている態様も採り得る。この光路変換構造体は、例えば、半球状、円錐形状、楔形状、或いは多角錐形状の構造体である。こうした場合、発光素子は、例えば、１つの面発光レーザ、或いは前記光路変換構造体の斜面に出射光が結合するように配置されたアレイ状の面発光レーザである。この様なアレイ状の発光素子の出射口と光路変換構造体の多角錐等の斜面とをアライメントすることにより、高効率に光ビームを任意の方向に伝播させられる。
【００１３】
また、前記発光素子と前記受光素子の少なくとも一方が球形状光素子であり得る。この球形状光素子の表面には電子デバイスが集積して形成されてもよい。
【００１４】
また、上記目的を達成するための本発明の光電融合配線基板は、上記の二次元光導波装置を電気配線層に電気的接続が得られるように実装した光電融合配線基板であって、電気配線層の信号の一部または全てを光導波装置を用いた光信号の授受によって配線させて電子機器を動作させることを特徴とする。より詳細には、例えば、電気配線層及び光配線層が積層された光電融合基板であって、この基板の表面或いは内部に複数の電子デバイスが配置され、電気配線層は電子デバイスを互いに電気的に接続する電気配線を内蔵し、光配線層は上記の二次元光導波装置構造を有し、光配線層中に電子デバイスの電気信号を光信号に変換しかつ光信号を光配線層内に伝送させる機能を有する発光デバイスと、光配線層内を伝播してきた光信号を光配線層の全域或いは一部に拡散させるかまたは光ビームのままで伝播方向を変えるために配置された中継手段と、光配線層内を伝播してきた光信号を受光して電気信号に変換する機能を有する受光デバイスとが配置され、かつ発光デバイス及び受光デバイスへの電気接続を電気配線層から行うことを特徴とする。本発明による二次元光導波装置と電気配線層を融合させることにより、電気配線層の設計変更をすることなく、安価にＥＭＩ対策を施せる。
【００１５】
上記基本構成の光電融合基板に基づいて、以下の様な態様も可能である。
前記二次元光導波装置内に、二次元光導波装置を貫通し、それを挟む電気配線層同士を電気的に結合する為の複数のビアが形成されてもよい。前記電気配線層がパラレル信号ラインを有し、その出力端子が前記球形状発光素子に結合され、球形状発光素子に集積された電子デバイスによりパラレル／シリアル変換することにより、シリアル光信号が二次元光導波装置を伝播する様に形成されていてもよい。この場合、前記シリアル光信号を二次元光導波装置に埋め込まれた前記球形状受光素子で受光し、球形状受光素子に集積された電子デバイスによりシリアル／パラレル変換することにより、パラレル電気信号が電子デバイスに伝送される様に形成されていてもよい。
【００１６】
前記電気配線層内に、電気配線層を貫通し、それを挟む二次元光導波装置同士間を光信号が伝播できるように複数の光スルーホールが形成されていてもよい。光スルーホール内部には二次元光導波装置のコア層材料と同様の材料を充填してもよいし、光スルーホール内部が空気であってもよいし、光スルーホール内部に光ファイバーないしはレンズを挿入してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を明らかにすべく、具体的な実施例を図面に沿って説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１による二次元光導波装置の一部を示した断面図である。図１において、１００は第１のクラッド層、１０２はコア層、１０４は第２のクラッド層、１０６は微小な複数の突起物から成る光拡散構造体、１０８は光路変換構造体、１１０は発光素子、そして１１２は受光素子である。シート状の二次元光導波路は、屈折率の異なる材料の組み合わせによりコア層１０２（屈折率の比較的大きい部分）とそれを挟む第１および第２のクラッド層１００、１０４（屈折率の比較的小さい部分）より構成される。本実施例においては、厚さ１００ミクロンのコア層１０２に屈折率１．５９のＺ型ポリカーボネート（ＰＣＺ）を用い、第１のクラッド層１００として屈折率１．５３のガラス基板を用い、厚さ５０ミクロンの第２のクラッド層１０４として屈折率１．５３のノルボルネン樹脂（アートン）を用いた。
【００１９】
本実施例では、コア層１０２、第１及び第２のクラッド層１００、１０４としてそれぞれＺ型ポリカーボネート、ガラス及びノルボルネン樹脂を用いたが、これに限定されなく、コア層材料の屈折率が第１及び第２のクラッド層材料と比較して大きい値の材料であれば、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂などを用いた組み合わせであってもよい。また、それぞれの層の厚さも本実施例の値に限定されない。例えば、ガラス基板の代わりに樹脂フィルムを用いて二次元光導波層の厚みを数百ミクロンとすることにより、フレキシブルに扱うことが可能となる。
【００２０】
本実施例において、発光素子１１０として端面発光型の半導体レーザを用い、二次元光導波層中に埋め込むように実装する。図１に示すように、半導体レーザ１１０は二次元光導波層中に２本のビームを出射できる。この２本の光ビームが二次元光導波層内の一部に形成された拡散構造体１０６に結合するように、半導体レーザ１１０はアライメントされており、そして半導体レーザ１１０は二次元光導波層表面に形成された電極とコンタクトを取ることにより駆動される。これにより、発光素子１１０からの光ビームが拡散構造体１０６により３６０度全方向に拡散され、二次元光導波層内全域に光を伝播させられる。その二次元光導波層内全域に伝播した光が、二次元光導波層内に形成された光路変換構造体１０８により導波路上方に反射され、受光素子１１２に結合される。本実施例では、２本のビームを出射できる半導体レーザを用いたが、これに限定されるものではなく、１本のビームを出射する半導体レーザであってもよい。また、多数のビームを出射可能なリング状の共振器を有した半導体レーザであってもよく、この場合、より高効率に二次元光導波層全域に信号を伝播させられる。
【００２１】
図２に二次元光導波装置全体の概略図を示す。二次元光導波装置は、二次元光導波層、任意の位置に配置された前記発光素子１１０、受光素子１１２、発光素子から出射された光ビームを拡散させる為の拡散構造体１０６、および拡散された光を光路変換する微小構造体１０８より構成される。この様に構成することにより、発光素子１１０より出射された光信号が受光素子１１２の近くまで最初に光ビームで伝播させられた後に拡散構造体１０６で全方向に拡散されるので、任意の位置に配置された受光素子１１２にパワーロス少なく高効率で光信号を伝播させられる。
【００２２】
次に、本実施例の二次元光導波装置の作製方法を説明する。図３はその製造方法を説明する模式図である。同図において、３００はガラス基板、３０２はメッキ用全面電極、３０４はフォトレジスト、３０６はメッキ用窓、３０８は拡散構造体、３１０は光路変換構造体、３１２はコア層、３１４は第２のクラッド層、３１６は電極配線、３１８は半導体レーザ、３２０は受光素子、そして３２２は第１のクラッド層である。ここで製造される二次元光導波装置は、第１のクラッド層３２２の所が図１の構成と若干異なる。
【００２３】
まず、図３（ａ）に示すように、ガラス基板３００上にメッキ用全面電極としてＣｒ／Ａｕ３０２を蒸着する。続いて、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト３０４のパターニングを行い、ビーム拡散構造体３０８を形成したい位置にメッキ用窓３０６を適当なパターンで形成する（例えば、複数の微小円形窓を近接して形成する）。次に、図３（ｂ）に示すように、各メッキ用窓３０６に形成されるメッキ体が半径３０ミクロンの半球形状になるようにＮｉ電解メッキを行う。続いて、フォトレジスト３０４を除去すると拡散構造体３０８が形成される。次に、図３（ｃ）に示すように、ビーム拡散構造体を形成した方法と同様の方法を用いて、拡散光を上方に取り出したい位置に半径７５ミクロンの半球形状の光路変換構造体３１０を形成する。次に、図３（ｄ）に示すように、ガラス基板３００上に屈折率の大きいポリカーボネート樹脂を塗布し硬化させて膜厚１００ミクロンのコア層３１２を形成する。続いて、コア層３１２よりも屈折率の小さいノルボルネン樹脂を塗布し硬化させて膜厚５０ミクロンの第２のクラッド層３１４を形成する。
【００２４】
次に、図３（ｅ）に示すように、前記第２のクラッド層３１４上に電極配線３１６を形成する。このとき、前記ビーム拡散構造体３０８に半導体レーザ３１８からの出射ビームが結合するように、半導体レーザ３１８を実装する為の孔をレーザ加工により形成してある。同時に、受光素子３２０を実装する為の孔も光路変換構造体３１０上にアライメントして形成する。続いて、半導体レーザ３１８及び受光素子３２０を、フリップチップボンダーを用いてそれぞれの実装孔に挿入し、実装する。次に、図３（ｆ）に示すように、コア層３１２より上部をガラス基板３００から剥離する。次に、必要に応じて、図３（ｇ）に示すように、剥離したコア層３１２より上部を、コア層より屈折率の値の小さい第１のクラッド層３２２に貼り合わせる。第１のクラッド層３２２としてノルボルネン樹脂フィルムなどを用いることで、折り曲げ可能なフレキシブルな二次元光導波装置が得られる。また、必ずしも第１のクラッド層および第２のクラッド層は必要ではない。
【００２５】
前記二次元光導波装置と電気回路基板を組み合わせて作製した光電融合基板を図４に示す。図４において、４００はＣＰＵ、４０２および４０４はＲＡＭ、４０６はその他の電子デバイス、４０８は電気伝送線路、４１０は発光素子、４１２は受光素子、４１４は拡散構造体、４１６は光ビーム、そして４１８は散乱された光である。
【００２６】
通常の電気配線では、例えば６本の伝送線路で６４ビット幅のデータ線を必要としている。低速でのデータ転送においては問題とならないが、大容量・高速での伝送が必要となる場合には、従来の電気配線では、ＥＭＩの影響が大きく、常に安定したデータ転送をすることが困難となる。このような場合に、図４に示すような光電融合基板を用いることで安定した大容量・高速伝送が可能となる。
【００２７】
従来の電気配線では、６本の伝送線路が必要であったが、光電融合基板においては、ＣＰＵ４００の最終段でパラレル／シリアル変換し、１つの半導体レーザ４１０を接続することにより、電気信号を光信号に変換する。このＣＰＵに接続された半導体レーザ４１０は二次元光導波装置内に埋め込まれており、半導体レーザから出射されたビーム光４１６が二次元光導波路基板内を指向性を持って伝播し、光路上にある拡散構造体４１４に達するとビーム光が散乱される。そして、散乱された光４１８が二次元光導波路内に隈なく広がり、任意の位置に配置された受光素子４１２により光信号は受信される。この受光素子４１２はＲＡＭ４０４と接続されており、光信号が電気信号に変換される。そして、この電気信号はシリアル／パラレル変換されて、６４ビット幅のパラレル信号となる。
【００２８】
なお、信号は必ず光により伝送される必要はなく、電気配線を介しても伝送できるように選択の柔軟性を持たせてある。信号を光或いは電気の何れで伝送するかは、バスを管理するデバイスが決定する。
【００２９】
この様に光配線を用いることにより、従来の信号線で問題となっていた配線自身がアンテナとなりコモンモードノイズ輻射による回路の誤動作などを生じさせていた電磁放射ノイズを大幅に低減でき、ＥＭＩの問題を改善できる。
【００３０】
また、光信号を最初から二次元的に拡散させて伝送させた場合と比較して、本実施例では、信号の伝送が必要でない領域はビーム光で伝送し、信号が必要な領域において光を拡散させることにより、光パワーのロスを抑制できる。
【００３１】
ところで、ビーム光を伝播させる２次元スラブ導波層の部分には、横方向の閉じ込め構造をも持つ３次元導波路を形成して、更にパワーロス少なくビーム光を拡散構造体１０６の所まで伝送する様な構造としてもよい。３次元導波路パターンの形成には、例えばポリカーボネートＺの場合は、ポリカーボネートＺと光重合性モノマーのモノクロロベンゼン溶液を塗布した後、３次元導波路のパターンを形成したフォトマスクで露光を行う。光照射した領域のみ架橋されポリマー化し、未反応モノマーを除去する。その結果ポリカーボネートＺの３次元導波路が形成される。３次元導波路の形成の仕方には、このようなパターニングによる方法以外にも、加熱して型を押し付けて光導波シート表面に凹凸をつけ、凸部分を３次元導波路とする方法もある。
【００３２】
（実施例２）
図５は、光配線層を電気配線基板で挟んだ構造の実施例２の光電融合基板の断面を示した図である。同図において、５００はＣＰＵ、５０２はＲＡＭ、５０４は発光素子、５０６は受光素子、５０８はビア、５１０は電気配線層、５１２は光配線層、そして５１４は電子デバイスである。
【００３３】
図５に示すように、光配線層５１２を挟むように、ビア５０８を介して２つの電気配線層５１０が電気的に結ばれている。このとき、ＣＰＵ５００からの信号をＲＡＭ５０２へ光信号として伝送する場合、光配線層５１２内に配置されたビア５０８が光信号伝送の際の障害物として作用する可能性がある。このため、本実施例では、ビア５０８を避けるように信号を光ビームとして伝送させ、必要に応じて、光ビームを拡散させて信号伝送する。
【００３４】
このような光配線を用いることにより、光配線層５１２に障害物が存在する場合でも、光信号による伝送が可能となり、光信号を最初から二次元的に拡散させて伝送させた場合と比較して、光パワーのロスを抑制できる。また、発光素子から比較的離れたところに光信号を伝送する際には、一定距離は光ビームで伝送し、後に拡散させて伝送する方式が、最初から拡散させて伝送する方式と比較して、光パワーのロスを抑制することができる。
【００３５】
（実施例３）
図６は、光配線層を電気配線基板で挟んだ構造の実施例３の光電融合基板の平面図である。同図において、６００はＣＰＵ、６０２はＲＡＭ、６０４は発光素子、６０６は受光素子、６０８はビア、６１０はミラー、６１２は電子デバイス、６１４は伝送線路、そして６１６は光ビームである。
【００３６】
本実施例においても、実施例２と同様に、ＣＰＵ６００からの信号をＲＡＭ６０２へ光信号として伝送する場合、光配線層内に配置されたビア６０８が障害物として作用する可能性がある。このため、ビア６０８を避けるように信号を光ビーム６１６として伝送し、ミラー６１０として機能する構造体を光配線層内の適当個所に配置して光ビーム６１６を曲げることで、光配線層中の障害物を避けて光パワーのロスを抑制して光信号の伝送ができる。
【００３７】
本実施例では、ミラー６１０は１つ用いたが、複数用いてもよい。また、伝送してきた光ビーム６１６を必要に応じて拡散構造体で拡散させて伝送させてもよい。
【００３８】
（実施例４）
図７は、光配線層を多層用いた構造の実施例４の光電融合基板の断面を示した図である。同図において、７００はＣＰＵ、７０２はＲＡＭ、７０４は発光素子、７０６は受光素子、７０８はビア、７１０は電気配線層、７１２は光配線層、そして７１４は電子デバイスである。
【００３９】
本実施例のように、光配線層を多層用いた構造の光電融合配線基板は、同時に複数の電気配線層を使用することが可能となる。本実施例では、光配線層７１２が２層であるがこれに限定されない。また、電気配線層７１０と光配線層７１２を交互に積層しているが、この構造に限定されるものではない。それぞれの光配線層を伝播する光信号が他の光配線層へ伝播しないようにクラッド層等を導入することにより、電気配線層を層間に含まずに光配線層を多層積層した構造とすることも可能である。
【００４０】
（実施例５）
図８は本発明の実施例５による二次元光導波装置の一部を示した断面図である。図８において、１５００は第１のクラッド層、１５０２はコア層、１５０４は第２のクラッド層、１５０６は第１の光路変換構造体、１５０８は拡散構造体、１５１０は第２の光路変換構造体、１５１２は発光素子、そして１５１４は受光素子である。シート状の二次元光導波路は、実施例１のものと同じものを用いた。
【００４１】
本実施例においては、発光素子１５１２より出射された光ビームを１つ或いはそれ以上の任意の方向へ光ビームとして伝播させるために四角錐形状の第１の光路変換構造体１５０６を発光素子１５１２の真下に形成している。第１の光路変換構造体１５０６へ発光素子１５１２からの出射光が結合し、４方向へ光ビームが分裂するように、半導体レーザなどの発光素子１５１２はアライメントされている。そして、分裂した光ビームそれぞれが二次元光導波層内の適当個所に形成された拡散構造体１５０８に結合するように第１の光路変換構造体１５０６は配置されている。これにより、光ビームが拡散構造体１５０８で３６０度拡散或いは一部の方向に拡散させられる。ミラーを用いて光ビームのままで伝播方向を変えるように、二次元光導波層内に光を伝播させてもよい。
【００４２】
上記二次元光導波層内を伝播した光は、二次元光導波層内に形成された第２の光路変換構造体１５１０により導波路上方に反射されて受光素子１５１４に結合される。本実施例においては、第１の光路変換構造体１５０６として四角錐形状の構造体を用いたが、これに限定されるものではなく、光ビームを多方向に分裂させられる楔形状や多角錐形状であってもよい。第２の光路変換構造体１５１０も第１の光路変換構造体１５０６と同様な構造であってもよい。また、第２の光路変換構造体は必ずしも必要ではない。
【００４３】
図９に二次元光導波装置全体の概略図を示す。ここでは、発光素子１５１２から出射光して４方向へ分裂された光ビームのうち２つの光ビームのみが描かれている。二次元光導波装置は、二次元光導波層、任意の位置に配置された発光素子１５１２、受光素子１５１４、発光素子１５１２から出射された光ビームを拡散させる為の拡散構造体１５０８、および拡散された光を光路変換する微小構造体１５１０より構成される。この様に構成することで、発光素子１５１２より出射された光信号が、任意の位置に配置された受光素子１５１４に効率良く伝播させられる。
【００４４】
次に、本実施例の二次元光導波装置の作製方法を説明する。図１０はこの製造方法を説明する模式断面図である。同図において、１７００はガラス基板、１７０２はメッキ用全面電極、１７０４はフォトレジスト、１７０６はメッキ用窓、１７０８は拡散構造体、１７１０は第２の光路変換構造体、１７１２は第１の光路変換構造体、１７１４はコア層、１７１６は第２のクラッド層、１７１８は電極配線、１７２０は半導体レーザ、１７２２は受光素子、そして１７２４は第１のクラッド層である。
【００４５】
本実施例の二次元光導波装置の作製方法も実施例１の図３の作製方法とほぼ同様に行われる。異なるのは、図１０（ｄ）に示すように、Ｓｉ（１１１）面を利用して形成したモールドを用いて四角錐構造の第１の光路変換構造体１７１２を形成し、該構造体をメッキ用全面電極１７０２の上に配置する工程である。
【００４６】
前記二次元光導波装置と電気回路基板を組み合わせて作製した光電融合基板を図１１（ａ）に示し、光信号出射部近傍を図１１（ｂ）に示す。図１１において、１８００はＣＰＵ、１８０２および１８０４はＲＡＭ、１８０６はその他の電子デバイス、１８０８は伝送線路、１８１０は発光素子、１８１２は受光素子、１８１４は拡散構造体、１８１６は光ビーム、１８１８は散乱された光、そして１８２０は第１の光路変換構造体である。
【００４７】
本実施例でも、実施例１と同様に、従来の信号線で問題となっていた配線自身がアンテナとなりコモンモードノイズ輻射による回路の誤動作などを生じさせる電磁放射ノイズを大幅に低減でき、ＥＭＩの問題を改善することができる。また、光信号を最初から二次元的に拡散させて伝送させる場合と比較して、信号の伝送が必要でない領域はビーム光で伝送し、信号が必要な領域において光を拡散させることにより、光パワーのロスを抑制できる。
【００４８】
（実施例６）
図１２（ａ）は、４つの出射口を有する面発光型半導体レーザアレイ素子より出射された４本の光ビームが、四角錐型の第１の光路変換構造体の４つの四角錐側面に結合するように、発光素子と第１の光路変換構造体を配置した構成の実施例６の二次元光導波装置を示した図である。そして図１２（ｂ）は、発光素子と第１の光路変換構造体の位置関係を示した拡大図である。図１２において、１９００は第１のクラッド層、１９０２はコア層、１９０４は第２のクラッド層、１９０６は第１の光路変換構造体、１９０８は拡散構造体、１９１０は第２の光路変換構造体、１９１２は発光素子、そして１９１４は受光素子である。
【００４９】
図１２に示すように、同じ信号を初めから４つの光ビームにして伝播することにより、１つの光ビームを４つのビームに分けて伝播させる場合と比較して、光パワーのロスを抑制して効率的に光伝送を行うことができる。二次元光導波装置内を伝播する４つの光ビームは、必要に応じて拡散構造体１９０８と結合させることにより、３６０度拡散或いは一部の方向に拡散させられる。または、ミラーなどを用いて光ビームのままで伝播方向を変えることができる。
【００５０】
また、多角錐構造をした第２の光路変換構造体１９１０を用いることで、多角錐構造体の斜面に結合した光を上方に曲げられ、アレイ状に配置した受光素子で光信号を受光することもできる。
【００５１】
本実施例では、４つの出射口を有する面発光型半導体レーザを用いたが、出射口数はこれに限定されなく、多角錐構造をした第１の光路変換構造体の斜面の数と同数ないしは少ない数であってもよい。また本実施例では、第１の光路変換構造体として四角錐型を用いたが、これに限定されなく、楔形構造或いは多角錐構造であってもよい。また、第２の光路変換構造体１９１０に関しても同様である。第２の光路変換構造体は必ずしも必要ではない。
【００５２】
光配線層の中にミラーとして機能する構造体を配置する場合、伝播してきた光ビームをそのままで曲げ、光配線層中のビアなどの障害物を避けて光信号の伝送ができる。
【００５３】
（実施例７）
図１３は、表面に電子デバイスが形成された球形状の発光素子を二次元光導波路の表面ないしは内部に配置した構成の実施例７の二次元光導波装置を示した図である。図１３において、２０００は第１のクラッド層、２００２はコア層、２００４は第２のクラッド層、２００６は拡散構造体、２００８は光路変換構造体、２０１０は球形状発光素子、そして２０１２は受光素子である。また、図１５は、表面に電子デバイスが形成された球形状発光素子および球形状受光素子を二次元光導波路の内部に配置した構成の類似の二次元光導波路を示した図である。図１５において、２２００は第１のクラッド層、２２０２はコア層、２２０４は第２のクラッド層、２２０６は拡散構造体、２２０８は球形状発光素子、そして２２１０は球形状受光素子である。この様に球形状の受光素子２２１０を二次元光導波層中に埋め込むことにより、光路変換構造体などを用いなくても効率良く伝送されてきた光信号を受光できる
【００５４】
図１４は、球形状発光素子及び球形状受光素子を示した概略図である。図１４において、２１００は発光素子、２１０２は電子デバイス、２１０４は電気配線、２１０６は球形状受光素子のｎ層、２１０８はｉ層、２１１０はｐ層、そして２１１２は受光素子用電極である。
【００５５】
図１４（ａ）に示すように、球形状デバイスに形成された４つの発光素子２１００から同じ信号を４つの光ビームにして伝播することにより、１つの光ビームを４つのビームに分けて伝播させる場合と比較して、光パワーのロスを抑制して効率的に光伝送を行える。この球形状デバイスの表面に形成された電子デバイス２１０２は、発光素子２１００を駆動する為のＣＭＯＳ回路である。
【００５６】
本実施例では、４つの発光素子２１００は４つの［１１１］面に形成したＧａＩｎＮＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の面発光レーザであるが、これに限定されるのもではなく、β−ＦｅＳｉ２系などであってもよい。また本実施例では、球形状デバイスの表面に形成された電子デバイス２１０２は発光素子駆動回路であったが、これに限定されるものではなく、パラレル／シリアル変換回路や、駆動回路とパラレル／シリアル変換回路の集積デバイスなどであってもよい。或いは、複数の電子デバイスを形成してもよい。
【００５７】
球形状の受光素子においては、球形状Ｓｉ基板の表面（例えば南半球側）にｐｉｎ層を形成し、また受光部と反対側の半球（例えば北半球）には受光部に逆バイアスを印加する為の回路やアンプ回路など（図示せず）が形成されている。
【００５８】
二次元光導波装置内を伝播する４つの光ビームは、必要に応じて拡散構造体２００６、２２０６と結合させることにより、３６０度拡散或いは一部の方向に拡散させられる。
【００５９】
また本実施例では、二次元光導波装置を示したが、実施例２と同様に電気回路基板と組み合わせて光電融合基板を作製することができる。光配線層の中にミラーとして機能する構造体を配置する場合は、伝播してきた光ビームを曲げ、光配線層中のビアなどの障害物を避けて光信号の伝送ができる。
【００６０】
（実施例８）
図１６は、光スルーホールを介して接続された２つの光配線層を有する実施例８の光電融合基板を示した断面図である。図１６において、２９００はＣＰＵ、２９０２はＲＡＭ、２９０４は発光素子、２９０６は受光素子、２９０８はビア、２９１０は電気配線層、２９１２は光配線層、２９１４は電子デバイス、２９１６は光路変換構造体、そして２９１８は光スルーホールである。
【００６１】
図１６に示すように、光配線層２９１２同士を光スルーホール２９１８で接続することにより、或る１つの光配線層に結合した光信号を他の複数の光配線層に伝播させることが可能となる。この様に複数の光配線層２９１２同士を接続することにより、より広範囲に効率良く光信号を伝送できる。
【００６２】
図１６において、垂直方向に伸びる光スルーホール２９１８の上下に光路変換構造体２９１６（例えば、円錐ないし多角錐形状の微小散乱構造体である）を配置することにより、光配線層２９１２に対して垂直方向に光ビームを伝送することが可能となる。本実施例では、光路変換構造体２９１６を用いて光配線層２９１２に対して垂直方向に光ビームを伝送したが、光路変換構造体２９１６の代わりにミラーを用いて垂直方向に伝送してもよい。
【００６３】
また本実施例では、発光素子２９０４から受光素子２９０６へ光ビームのままで伝播方向を変えて光ビームとして伝播した場合を示したが、これに限定されなく、例えば、下部光配線層から上部光配線層へ伝播してきた光ビームを上部光配線層内に配置した拡散構造体に結合させることにより、３６０度全方向拡散或いは一部の方向に拡散させることもできる。
【００６４】
本実施例では、光スルーホール２９１８内部に二次元光導波層のコア層材料と同様の材料を充填したが、これに限定されない。光スルーホール２９１８内に材料を充填することなく空気とする構造や、光スルーホール２９１８内に光ファイバーないしはレンズを挿入した構造であってもよい。
【００６５】
（実施例９）
図１７は、光スルーホールを介して接続された２つの光配線層を有する実施例９の光電融合基板を示した断面図である。図１７において、４０００はＣＰＵ、４００２はＲＡＭ、４００４は発光素子、４００６は受光素子、４００８はビア、４０１０は電気配線層、４０１２は光配線層、４０１４は電子デバイス、４０１６は光路変換構造体、４０１８は拡散構造体、そして４０２０は光スルーホールである。
【００６６】
実施例８と同様に、光配線層４０１２同士を光スルーホール４０２０で接続することにより、或る１つの光配線層に結合した光信号を他の複数の光配線層に伝播させられる。
【００６７】
本実施例では、図１７に示すように、光スルーホール４０２０の直上に拡散構造体４０１８を配置していて、光スルーホール４０２０の下側から伝播してきた光ビームが拡散構造体４０１８と結合することにより、３６０度全方向拡散或いは一部の方向に拡散させられる。本実施例でも、光スルーホール４０２０内部に二次元光導波層のコア層材料と同様の材料を充填したが、これに限定されない。
【００６８】
（実施例１０）
図１８は、光スルーホールを介して接続された２つの光配線層を有する実施例１０の光電融合基板を示した断面図である。図１８において、４１００はＣＰＵ、４１０２はＲＡＭ、４１０４は球形状発光素子、４１０６は受光素子、４１０８はビア、４１１０は電気配線層、４１１２は光配線層、４１１４は電子デバイス、４１１６は拡散構造体、そして４１１８は光スルーホールである。
【００６９】
実施例８と同様に、光配線層４１１２同士を光スルーホール４１１８で接続することにより、或る１つの光導波層に結合した光信号を他の複数の光配線層に伝播させられる。
【００７０】
本実施例では図１８に示すように、光スル−ホール４１１８の直下に球形状発光素子４１０４を配置していて、球形状発光素子４１０４より出射される３本の光ビームのうち２本の光ビームを下部光配線層内へ伝播させ、残り１本の光ビームを光スル−ホール４１１８を通して上部光配線層に伝播させられる。この様に球形状発光素子４１０４を用いることにより、光路変換構造体を用いて光スル−ホール内に光ビームを伝播させて複数の光配線層に信号を伝送する場合と比較して、光パワーのロスを抑制して効率良く伝送させることができる。
【００７１】
本実施例では、光スル−ホール４１１８の直上に拡散構造体４１１６を配置したが、これに限定されるものではなく、光路変換構造体やミラーなどを配置して光ビームを上部光配線層に結合させてもよい。本実施例でも、光スルーホール４１１８内部に二次元光導波層のコア層材料と同様の材料を充填したが、これに限定されない。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による二次元光導波装置においては、二次元光導波路を伝播する光の伝播状態を送信側と受信側との間の伝播経路上で中継的に変える中継手段（パッシブな中継構造体やアクティブな中継器）を用いているので、送信側と受信側との間でビーム伝送と拡散伝送等の組み合わせ伝送を利用することができ、光パワーのロスを抑制して効率良く信号伝送ができる。また、本発明による二次元光導波装置と電気配線層を融合させることにより、電気配線層の設計変更をすることなく、安価にＥＭＩ対策を施せる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による二次元光導波装置の断面図である。
【図２】本発明の実施例１による二次元光導波装置の概略斜視図である。
【図３】本発明の実施例１による二次元光導波装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【図４】本発明の実施例１による二次元光導波装置と電気回路基板を融合した光電融合配線基板の概略平面図である。
【図５】本発明の実施例２による光電融合配線基板の断面図である。
【図６】本発明の実施例３による光電融合配線基板の概略平面図である。
【図７】本発明の実施例４による光電融合配線基板の断面図である。
【図８】本発明の実施例５による二次元光導波装置の断面図である。
【図９】本発明の実施例５による二次元光導波装置の概略斜視図である。
【図１０】本発明の実施例５による二次元光導波装置の製造方法を説明する工程断面図である。
【図１１】本発明の実施例５による二次元光導波装置と電気回路基板を融合した光電融合配線基板を説明する図である。
【図１２】本発明の実施例６による二次元光導波装置を説明する図である。
【図１３】本発明の実施例７による二次元光導波装置の断面図である。
【図１４】球形状発光素子および球形状受光素子を説明する概略図である。
【図１５】本発明の実施例７の変形例による二次元光導波装置の断面図である。
【図１６】本発明の実施例８による光電融合配線基板の断面図である。
【図１７】本発明の実施例９による光電融合配線基板の断面図である。
【図１８】本発明の実施例１０による光電融合配線基板の断面図である。
【符号の説明】
１００、３２２、１５００、１９００、２０００、２２００：第１のクラッド層
１０２、３１２、１５０２、１７１４、１９０２、２００２、２２０２：コア層
１０４、３１４、１５０４、１７１６、１７２４、１９０４、２００４、２２０４：第２のクラッド層
１０６、３０８、４１４、１５０８、１７０８、１８１４、１９０８、２００６、２２０６、４０１８、４１１６：光拡散構造体
１０８、３１０、１５０６、１５１０、１７１０、１７１２、１８２０、１９０６、１９１０、２００８、２９１６、４０１６：光路変換構造体
１１０、３１８、４１０、５０４、６０４、７０４、１５１２、１７２０、１８１０、１９１２、２０１０、２１００、２２０８、２９０４、４００４、４１０４：発光素子（半導体レーザ、半導体レーザアレイ、球形状発光素子）
１１２、３２０、４１２、５０６、６０６、７０６、１５１４、１７２２、１８１２、１９１４、２０１２、２２１０、２９０６、４００６、４１０６：受光素子（球形状受光素子）
３００、１７００：ガラス基板
３０２、１７０２：メッキ用全面電極
３０４、１７０４：フォトレジスト
３０６、１７０６：メッキ用窓
３１６、１７１８、２１０４：電極配線
４００、５００、６００、７００、１８００、２９００、４０００、４１００：ＣＰＵ
４０２、４０４、５０２、６０２、７０２、１８０２、１８０４、２９０２、４００２、４１０２：ＲＡＭ
４０６、５１４、６１２、７１４、１８０６、２１０２、２９１４、４０１４、４１１４：電子デバイス
４０８、６１４、１８０８：伝送線路
４１６、６１６、１８１６：光ビーム
４１８、１８１８：散乱された光
５０８、６０８、７０８、２９０８、４００８、４１０８：ビア
５１０、７１０、２９１０、４０１０、４１１０：電気配線層
５１２、７１２、２９１２、４０１２、４１１２：光配線層
６１０：ミラー
２１０６：ｎ層
２１０８：ｉ層
２１１０：ｐ層
２１１２：受光素子用電極
２９１８、４０２０、４１１８：光スルーホール
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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