(57)【要約】【課題】無調芯で光結合する光素子実装装置を提供する。【解決手段】光ファイバ３を位置決めする断面Ｖ字溝１１を表面レベルに形成し、表面レベルとの間に段差部１０を有する低レベルの段部１２を形成したキャリア１を具備し、キャリア１の段部１２の表面に実装される光素子４を具備し、段差部１０に係合して位置合わせをするストッパ６を形成し、一方の端部の全幅に亘って形成される傾斜垂下部２１を形成し、傾斜垂下部２１にミラー５を成膜形成したカバー２を具備する光素子実装装置。【選択図】　図６
2004037703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバを位置決めする断面Ｖ字溝を表面レベルに形成し、表面レベルとの間に段差部を有する低レベルの段部を形成したキャリアを具備し、
キャリアの段部の表面に実装される光素子を具備し、
段差部に係合して位置合わせをするストッパを形成し、一方の端部の全幅に亘って形成される傾斜垂下部を形成し、傾斜垂下部にミラーを成膜形成したカバーを具備することを特徴とする光素子実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載される光素子実装装置において、
カバーはキャリアに形成される断面Ｖ字溝に平行に断面Ｖ字溝に対向する位置に形成したキャリア位置決め突条を有することを特徴とする光素子実装装置。
【請求項３】
請求項１に記載される光素子実装装置において、
キャリア位置決め突条をカバーの両側部のそれぞれに形成したことを特徴とする光素子実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光素子実装装置に関し、特に、光素子として面発光型レーザダイオードアレイ或いは面受光型フォトダイオードアレイを使用し、これと光ファイバとを光結合する光素子実装装置において、光ファイバを位置決め固定するキャリア側に光素子を実装し、カバー側にミラーを成膜形成して、光素子とこれに対応する光ファイバの間を無調芯で光結合する光素子実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来例を図１３を参照して説明する。
図１３において、シリコン原材料基板より成るキャリア１の表面に断面Ｖ字溝１１を形成し、この断面Ｖ字溝１１の端部の傾斜面２１１に金属薄膜を成膜してミラー５を形成している。４は光素子であり、キャリア１の表面に固定保持されている。この光素子４は、その下面に位置決めされている発受光面４０をミラー５の上方に対向位置決めした状態で、キャリア１の表面に接合固定される。光ファイバ３は断面Ｖ字溝１１に嵌合し、ここに接合固定されている。光ファイバ３の芯線３１は先端面を傾斜面２１１の傾斜角と等しい傾斜角に研磨加工され、先端面は傾斜面２１１のミラー５に係合せしめられる。この従来例においては、断面Ｖ字溝１１に位置決め固定される光ファイバ３の芯線３１とミラー５とが、光素子４に対する光路を形成している。光ファイバ３の芯線３１を介して外部から入射した光は、傾斜面２１１のミラー５において矢印に示される如く反射し、光素子４に到達し、入射することができる。光素子４が面発光素子である場合、光素子４の発受光面４０から放射された光は、傾斜面２１１のミラー５に矢印とは逆の向きに入射して反射し、光ファイバ３の芯線３１を介して外部に送り出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、傾斜面２１１はシリコン原材料基板に異方性エッチングを施して形成した場合、この傾斜角は必ず５４．　７゜に形成される。そして、光素子４が面発光素子である場合、通常、その発光面４０の大きさは２〜３μｍ、光の広がり角は約１０゜である。従って、シリコン原材料基板１に異方性エッチングを施し形成したミラー５を使用した場合、ミラー５の傾斜角が５４．　７゜であること、光素子４の発光面４０が２〜３μｍと極く狭小であること、および光の広がり角が約１０゜と小さいことに起因して、光素子４の発光面４０と光ファイバ３の芯線３１との間の結合効率を良好にすることができない。光素子４が受光素子である場合においても、受光面の大きさは４０〜８０μｍと面発光素子と比較して大きいので、面発光素子の場合程ではないが、シリコン原材料基板に異方性エッチングを施して形成したミラー５を使用した場合、入射した光の結合効率は良好とは言い難い。
【０００４】
そして、光素子４と光ファイバ３の芯線３１とを光結合する前提条件として、光素子４の下面に形成される発受光面４０を、断面Ｖ字溝１１の中心線の延長方向と垂直方向に関して整列する位置に位置決めする必要がある。また、断面Ｖ字溝１１の中心線の延長方向に関しても正確に位置決めする必要がある。これは、発受光面４０に対するミラー５の反射光の到達位置、或いはミラー５の光反射位置に対する発受光面４０の設置位置が、予め決定しているので、これに合わせて中心線の延長方向に関して発受光面４０の正確な位置決めが必要となる。
【０００５】
更に、光素子４はその下面に形成される発受光面４０をミラー５の上方に対向位置決めする必要上、光素子４における発受光面４０の形成位置を中心から偏位して形成した特殊な形状構造の光素子４を必要とされる。
この発明は、面発光型レーザダイオードアレイ或いは面受光型フォトダイオードアレイより成る光素子と対応するそれぞれの光ファイバの間を無調芯で光結合する上述の問題を解消した光素子実装装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
光ファイバ３を位置決めする断面Ｖ字溝１１を表面レベルに形成し、表面レベルとの間に段差部１０を有する低レベルの段部１２を形成したキャリア１を具備し、キャリア１の段部１２の表面に実装される光素子４を具備し、段差部１０に係合して位置合わせをするストッパ６を形成し、一方の端部の全幅に亘って形成される傾斜垂下部２１を形成し、傾斜垂下部２１にミラー５を成膜形成したカバー２を具備して、無調芯で光結合する光素子実装装置を構成した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は図５の線ａ−ａ’に沿った実装前の縦断面図、図２は図６の線ｂ−ｂ’に沿った実装後の縦断面図、図３は図５の線ｃ−ｃ’に沿った実装前の縦断面図、図４は図６の線ｄ−ｄ’に沿った実装後の縦断面図、図５は実装前の側面図、図６は実装後の側面図、図７はキャリアの斜視図、図８はカバーの斜視図、図９は図８のカバーの裏面の斜視図、図１０は実装後の斜視図、図１１はカバーの他の実施例の斜視図、図１２はカバーの更なる他の実施例の斜視図である。
【０００８】
先ず、図１ないし図６を参照するに、１はキャリア、２はカバー、３は光ファイバ、４は光素子である。光素子４として面発光型レーザダイオードアレイ或いは面受光型フォトダイオードアレイを使用する。
図７をも参照するに、キャリア１は原材料基板としてシリコンより成る原材料基板を使用し、これに異方性エッチングを施して断面Ｖ字溝１１と段部１２を形成する。即ち、原材料基板の表面レベルに光ファイバ３を位置決め固定する断面Ｖ字溝１１をその長さ方向に複数本互いに平行に形成すると共に、表面レベルと比較して低レベルの段部１２を形成する。このキャリア１には、互いに光結合されるべき光ファイバ３および光素子４が実装される。
【０００９】
図８および図９をも参照するに、カバー２も、キャリア１と同様に、シリコンより成る原材料基板を使用して形成される。カバー２は、シリコン基板を原材料基板として使用する場合、その下面にエッチング技術を施して、一方の端部の全幅に亘って光路変換部を構成する傾斜垂下部２１が形成される。この傾斜垂下部２１は、上述した通り、シリコン原材料基板に異方性エッチングを施して形成した場合、この傾斜角は必ず５４．　７゜に形成される。そして、カバー２の一方の端部からみて傾斜垂下部２１の内側に、これと平行に、ストッパ６を垂下形成する。そして、傾斜垂下部２１の傾斜面２１１にはミラー５が成膜形成される。
【００１０】
光素子実装装置の組み立て方について説明する。
工程▲１▼　キャリア１の段部１２の表面の内の断面Ｖ字溝１１の中心線の延長方向と垂直方向に関して整列する位置に光素子４を位置決め実装する。
工程▲２▼　断面Ｖ字溝１１と光ファイバ３とが接合固定されるべき領域に接着剤を適用する。
工程▲３▼　キャリア１の表面に互いに平行に形成される複数本の断面Ｖ字溝１１に光ファイバ３を嵌合位置決めする。
工程▲４▼　カバー２をキャリア１の表面に対して降下させ、下面に垂下形成されるストッパ６をキャリア１の段差部１０に対向せしめた状態で、カバー２をキャリア１に載置し、カバー２を水平に駆動してストッパ６をキャリア１の段差部１０に係合する。
工程▲５▼　カバー２をキャリア１に対して押圧した状態で接着剤を固化させ、組み立ては終了する。図１０は実装後の斜視図である。
【００１１】
この発明においては、キャリア１およびカバー２はその形状寸法の精度を極めて高く製造することができる。即ち、キャリア１の断面Ｖ字溝１１、段差部１０を含む段部１２の形状寸法、相互位置関係はμｍのオーダーの高精度に製造することができる。カバー２についても、傾斜垂下部２１とその傾斜面２１１、ストッパ６の形状寸法、相互位置関係は極めて精度高く製造することができる。
キャリア１の段部１２の表面に光素子４を実装する場合、断面Ｖ字溝１１の中心線の延長方向と垂直方向に関して整列する位置にマークを形成しておいてこれに光素子４の中心を対応位置決め固定することにより、光素子４と断面Ｖ字溝１１との間の相互位置関係は設計通りに実現することができる。ここで、キャリア１の表面に互いに平行に形成される複数本の断面Ｖ字溝１１に光ファイバ３を嵌合位置決めすることにより、光ファイバ３の芯線は段部１２の表面に実装されている光素子４に対して垂直方向に関して整列することができる。
【００１２】
そして、工程▲４▼の通りに、カバー２をキャリア１の表面に対して降下させ、下面に垂下形成されるストッパ６をキャリア１の段差部１０に対向せしめた状態でカバー２をキャリア１に載置し、カバー２を水平に駆動してストッパ６をキャリア１の段差部１０に係合することにより、キャリア１とカバー２の光軸方向の相互位置関係は規定される。キャリア１とカバー２の光軸方向の相互位置関係は、カバー２の傾斜垂下部２１の傾斜面２１１に形成されるミラー５とキャリア１の段部１２に位置決め固定される光素子４とが垂直方向に関して相互に対向していさえすれば充分であるので、自由度を大きく設計製造することができる。光素子４における発受光面４０の形成位置を問題とする必要もなくなる。即ち、断面Ｖ字溝１１に対する光ファイバ３の光軸方向の位置決め調整は格別精密に実施している訳ではないが、光ファイバ３の芯線３１の先端を出射する光は、そのまま光軸方向に直進するので、光軸方向に関する芯線３１の先端の位置は光の出射に無関係である。設計上の共通平面内に整列保持せしめられた複数本の光ファイバ３の芯線の先端を出射する光は、そのまま直進して傾斜面２１１に形成されたミラー５に設計通りの一直線上に入射、反射してそれぞれの光素子４に受光される。
【００１３】
ここで、シリコン原材料基板に異方性エッチングを適用して形成した場合、上述した通り、傾斜面２１１の傾斜角は必ず５４．　７゜に形成されるが、光素子４の発光面４０の大きさは２〜３μｍ、光の広がり角は約１０゜、光ファイバはマルチモード光ファイバとして５０μｍであるので、段部１２の表面を傾斜する必要なしに、光素子４と光ファイバ３の間の光結合の度合いを実用上充分満足することができる。光素子４が受光素子である場合も、受光面の大きさは４０〜８０μｍと面発光素子と比較して大きいので、これと光ファイバ３との間の光結合も充分に満足される。
【００１４】
図１１を参照するに、以上の実施例において、カバー２の下面に、キャリア１に形成される断面Ｖ字溝１１に平行に形成したキャリア位置決め突条２２を形成している。図１１の場合、キャリア位置決め突条２２はキャリア１に形成される断面Ｖ字溝１１に対向する位置に形成している。キャリア１を構成するに際して断面Ｖ字溝１１をキャリア位置決め突条２２の２本分余計に形成しておく。キャリア位置決め突条２２を対応する断面Ｖ字溝１１に位置決めすることにより、キャリア１に対するカバー２の組み合わせを容易に実施することができる。
【００１５】
図１２を参照するに、この場合のキャリア位置決め突条２２’はカバー２の両側部のそれぞれに形成している。このキャリア位置決め突条２２’に依っても、キャリア１に対するカバー２の組み合わせを容易に実施することができる。
以上の実施例は、キャリア１およびカバー２は原材料基板としてシリコンより成る原材料基板を使用し、これに異方性エッチングを施して形成されたが、キャリア１およびカバー２は原材料として光学ガラス或いは合成樹脂材料を使用し、これに各種の加工を施すことに依っても製造することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上の通りであって、この発明の光素子実装装置の実施例は、光ファイバ３を位置決めする断面Ｖ字溝１１を表面レベルに形成し、表面レベルとの間に段差部１０を有する低レベルの段部１２を形成したキャリア１を具備し、キャリア１の段部１２の表面に実装される光素子４を具備し、段差部１０に係合して位置合わせをするストッパ６を形成し、一方の端部の全幅に亘って形成される傾斜垂下部２１を形成し、傾斜垂下部２１にミラー５を成膜形成したカバー２を具備する構成を採用している。即ち、光ファイバ３を位置決め固定するキャリア１側に光素子４を実装し、カバー２側にミラー５を成膜形成したことにより、キャリア１とカバー２の光軸方向の相互位置関係は、カバー２の傾斜垂下部２１の傾斜面２１１に形成されるミラー５とキャリア１の段部１２に位置決め固定される光素子４とが垂直方向に関して相互に対向していさえすれば充分であるので、自由度を大きく設計製造することができる。そして、光素子４における発受光面４０の形成位置を問題とする必要もなくなる。
【００１７】
更に、シリコン原材料基板に異方性エッチングを適用して形成した場合、傾斜面２１１、ミラー５の傾斜角は必ず５４．　７゜に形成されるが、光素子４の発光面４０は２〜３μｍ、光の広がり角は約１０゜、光ファイバはマルチモード光ファイバとして５０μｍであるので、段部１２の表面を傾斜する必要なしに、光素子４と光ファイバ３の間の光結合の度合いを実用上充分満足する光素子実装装置を提供することができる。光素子４が受光素子である場合も、受光面の大きさは４０〜８０μｍと面発光素子と比較して大きいので、これと光ファイバ３との間の光結合も充分に満足される。
【００１８】
ここで、カバー２の下面に、キャリア１に形成される断面Ｖ字溝１１に平行に断面Ｖ字溝１１に対向する位置にキャリア位置決め突条２２を形成し、これを対応する断面Ｖ字溝１１に位置決めすることにより、キャリア１に対するカバー２の組み合わせを容易に実施することができる。キャリア位置決め突条２２’をカバー２の両側部のそれぞれに形成することに依っても、キャリア１に対するカバー２の組み合わせを容易に実施することができる。
以上の通りにして、光素子とこれに対応する光ファイバの間を無調芯で光結合する光素子実装装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図５の線ａ−ａ’に沿った実装前の縦断面図。
【図２】図６の線ｂ−ｂ’に沿った実装後の縦断面図。
【図３】図５の線ｃ−ｃ’に沿った実装前の縦断面図。
【図４】図６の線ｄ−ｄ’に沿った実装後の縦断面図。
【図５】実装前の側面図。
【図６】実装後の側面図。
【図７】キャリアの斜視図。
【図８】カバーの斜視図。
【図９】図８のカバーの裏面の斜視図。
【図１０】実装後の斜視図。
【図１１】カバーの他の実施例の斜視図。
【図１２】カバーの更なる他の実施例の斜視図。
【図１３】従来例を説明する図。
【符号の説明】
１　キャリア　　　　　　　　１０　段差部
１１　断面Ｖ字溝　　　　　　　１２　段部
２　カバー　　　　　　　　　２１　傾斜垂下部
３　光ファイバ　　　　　　　　４　光素子
５　ミラー　　　　　　　　　　６　ストッパ
【図１】
2004037703.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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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