(57)【要約】【課題】本発明は、製作が容易だけではなく製造単価を下げる光通信用超小型視準レンズシステムを提供する。【解決手段】シリコン基板10に所定方向に整列されて、光信号を伝達する光ファイバー20と、この光ファイバー20からの光信号が多段階に視準されるようにシリコン基板10に整列される少なくとも二つのレンズ30,40とを含んで、光通信用超小型視準レンズシステムを構成する。これによりレンズの整列溝構造を簡単にし、設置が容易なので、製造費用を軽減する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板に所定方向に整列されて、光信号を伝達する光ファイバーと、
該光ファイバーからの光信号が多段階に視準されるように前記シリコン基板に整列される少なくとも二つのレンズと、を含んでいることを特徴とする請求項記載の超小型視準レンズシステム。
【請求項２】
前記レンズは、
前記光ファイバーから発散される光信号が一軸方向に視準されるように前記光信号の進行方向に対して垂直に整列される第１レンズと、
該第１レンズを通過して前記一軸方向に視準された光信号が、該光信号を視準する一軸方向と垂直な他の軸方向に視準されるように前記光信号の進行方向に対して平行に整列される第２レンズと、を含んでいることを特徴とする請求項１記載の光通信用超小型視準レンズシステム。
【請求項３】
前記光信号が前記第１レンズを通過する時、前記光ファイバーの光軸を基準に前記シリコン基板の表面に垂直な方向に発散される前記光信号の垂直発散角が小さくなり、前記光信号が前記第２レンズを通過する時に、前記光ファイバーの光軸を基準に前記シリコン基板に水平な方向に発散される前記光信号の水平発散角が小さくなることを特徴とする請求項２記載の光通信用超小型視準レンズシステム。
【請求項４】
前記第１レンズは、前記シリコン基板に垂直な方向に所定の曲率半径を有するように形成されることを特徴とする請求項３記載の光通信用超小型視準レンズシステム。
【請求項５】
前記第１レンズは、前記光ファイバーの整列方向に垂直になるように前記光ファイバーと所定距離だけ離れて整列される所定長さの円筒形状であることを特徴とする請求項４記載の光通信用超小型視準レンズシステム。
【請求項６】
前記第１レンズは、光ファイバーであることを特徴とする請求項５記載の光通信用超小型視準レンズシステム。
【請求項７】
前記第１レンズを通過した光信号を受け入れる前記第２レンズの面は、平坦であり、前記光信号が出る面は、前記シリコン基板に水平な方向に所定の曲率半径を有するように形成されることを特徴とする請求項３記載の光通信用超小型視準レンズシステム。
【請求項８】
前記第２レンズは、ポリマーから形成されることを特徴とする請求項７記載の光通信用超小型視準レンズシステム。
【請求項９】
前記シリコン基板上には、前記光ファイバー、第１レンズ及び第２レンズが整列されるように整列溝構造を有する装着層が形成されることを特徴とする請求項８記載の光通信用超小型視準レンズシステム。
【請求項１０】
前記装着層は、前記第２レンズの材料のポリマーから形成されることを特徴とする請求項９記載の光通信用超小型視準レンズシステム。
【請求項１１】
前記装着層と前記第２レンズとは、同時にパターニングされて形成されることを特徴とする請求項１０記載の光通信用超小型視準レンズシステム。
【請求項１２】
前記第２レンズと前記装着層は、前記シリコン基板上に形成された厚膜感光膜をフォトリソグラフィ工程によりパターニングして形成されることを特徴とする請求項１０記載の光通信用超小型視準レンズシステム。
【請求項１３】
前記第２レンズと装着層は、前記シリコン基板上に形成された光感応性多重体をフォトリソグラフィ工程によりパターニングして形成されることを特徴とする請求項１０記載の超小型視準レンズシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用超小型視準レンズシステムに係るもので、詳しくは、製作が容易で、製作単価を節減し得る光通信網のインターフェース素子に使われる光通信用超小型視準レンズシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、情報関連技術は、多量の情報を送受信し得る光ファイバーを利用した高速の通信技術の発展と共に、飛躍的に発展している。特に、動画像、音声信号及び文字信号等の多様な形態のデータを包含したマルチメディア情報の伝送が高速化されて、双方向対話型（interactive）通信環境が構築されるのに伴い、使用者が爆発的に増加したために、既存の銅伝送線を使用した通信網は限界に直面している。従って、高い搬送周波数を有する光信号形態の通信網がその代案として提案されている。
【０００３】
このような光を情報伝達信号に使用する光通信網の場合、使用者と中継器又は通信事業者を連結するインターフェースは、既存の銅伝送線を利用した通信網に適用された論理集積回路の代わりに、光コネクターモジュールで構成されなければならない。
【０００４】
このような光通信網用データインターフェースの光コネクターモジュールは、光ファイバーからなる伝送線、光信号を受信するのに使われる光受信モジュール、光信号を送信するのに使われる光送信モジュール、及び光信号を中継するのに使われる光中継モジュール等で構成される。
【０００５】
しかしながら、光コネクターモジュールは、精密な加工及び細かい組立を要求するために、製造費用が高いという不都合な点があった。
【０００６】
また、光コネクターモジュールは、電力の消耗を少なくし、ハンドリングがしやすく軽くて小型でなければならないと同時に、機械/光学的特性が非常に優秀であるという要求条件を持っていた。しかし、このような条件を全て満足させる光コネクターモジュールの製造作は、容易ではなかった。
【０００７】
このような限界を克服するために、半導体製造工程とマイクロマシニング技術を利用した精密な光ファイバー通信用部品の研究および製作が実施されている。
【０００８】
図４及び図５は、光通信モジュール素子として超小型球面レンズを利用した従来の光通信用超小型視準レンズシステムを示している。
【０００９】
図４は、超小型球面レンズを利用した従来の光通信用視準レンズシステムの構成を示した斜視図であり、図５は、図４をII方向から眺めた側面図であり、図６は、図１をIII方向から眺めた側面図である。
【００１０】
従来の光通信用超小型視準レンズシステムは、図４乃至図６に示したように、シリコン基板１と、このシリコン基板１に形成された支持溝４と、光信号７を伝達するように支持溝に固定された光ファイバー２と、この光ファイバー２からの光信号７を視準（collation）するように、光ファイバー２の一方端から所定の距離だけ離れて支持溝４に設置された球面レンズ３と、シリコン基板１上に形成され、はんだ付けなどの方法により組立てられた各受光素子５と、これら受光素子５に電力を供給する電気配線６と、を含んで構成されている。
【００１１】
以下、上記のように構成された従来の光通信用超小型視準レンズシステムの動作について説明する。
【００１２】
光ファイバー２を通って伝送された光信号７は、球面レンズ３を通過しながらシリコン基板１に対して水平方向及び垂直方向に視準される。このように視準された光信号７は、球面レンズ３を通過しながら、その光の量が増加されて受光素子５に入射するために、光信号の伝達効率が向上する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、上記のように構成された従来の光通信用超小型視準レンズシステムに使われる球面レンズは、直径が１mm未満の超小型レンズであるために、この球面レンズを上記のような超小型視準レンズシステムに装着させる時に、組立ての効率が顕著に低下するという不都合な点があった。
【００１４】
また、球面レンズの価格は、かなり高価であるために、光通信用視準レンズシステムの全体の製造費用が上昇するという不都合な点があった。
【００１５】
本発明は、上記のような問題点に鑑みて成されたもので、製造が容易だけではなく製造単価を軽減し得る、光通信網のインターフェース素子に使われる光通信用超小型視準レンズシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の目的を達成するために、本発明に係る光通信用超小型視準レンズシステムは、シリコン基板上に所定方向に整列されて光信号を伝達する光ファイバーと、該光ファイバーからの光信号が多段階に視準されるようにシリコン基板に整列される少なくとも二つのレンズを含んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る光通信用超小型視準レンズシステムは、光ファイバーから出力される光信号を視準するためにマイクロマシニング技術を利用して、整列及び設置が比較的容易でかつシリコン基板上に配置され円筒形状で所定大きさを有する超小型第１レンズと、該第１レンズに連続して設置される第２レンズとを備え、光信号の発散角を、連続する多段ステージによって小さくすることで、製造及び設置が難しかった従来の球面レンズを取扱わなくても同等の効果を得ることができる。
【００１８】
また、本発明に係る光通信用超小型視準レンズシステムは、光ファイバー、レンズなどを受け入れて整列させるための整列溝構造を、シリコン基板にエッチング等によって形成する必要がなくなり、ポリマー系列の膜をシリコン基板上に形成すると同時に、第２レンズも整列溝構造の材質と同様なポリマー材質で形成されるために、整列溝構造と第２レンズを同時に形成することがが可能になる。また、従来の球面レンズのように、複雑な次の整列過程を必要としないので、設置が非常に簡単となり、視準レンズシステム全体の組立を容易にしかつ製造費用も軽減できる。
【００１９】
また、本発明に係る光通信用超小型視準レンズシステムは、半導体工程により製造される光通信モジュール用素子であるため、WDM（wavelength-division-multiplex）光ネットワーク上で光信号を送/受信するか、又は中継するのに使用し得るし、光通信網に適用される他の光インターフェース素子に対しても応用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に対し、図面を用いて説明する。
【００２１】
図１乃至図３は、本発明の第１実施形態に係る光通信用超小型視準レンズシステムを示した図であり、図１は本発明の第１実施形態に係る光通信用超小型視準レンズシステムを示した斜視図、図２は本発明の第１実施形態に係る光通信用超小型視準レンズシステムの主要構成を示した側面図、図３は本発明の第１実施形態に係る光通信用超小型視準レンズシステムの主要構成を示した正面図である。
【００２２】
本発明の第１実施形態に係る超小型視準レンズシステムは、 図１乃至図３に示したように、シリコン基板１０上に所定方向に整列されて、光信号５０を伝達する光ファイバー２０と、この光ファイバー２０からの光信号５０が多段階に視準されるようにシリコン基板１０に整列される少なくとも二つのレンズ３０、４０とを含んで構成される。
【００２３】
好ましくは、レンズ３０、４０は、光ファイバー１０から発散される光信号５０が一軸方向に視準（collimate）されるように、光信号５０が進行する方向に対して垂直になるように整列される第１レンズ３０と、この第１レンズ３０を通過して一軸方向に視準された光信号５０が、この光信号５０を視準した一軸方向に対して垂直となる他の軸方向に視準されるように、光信号５０を進行させる方向に対して平行に整列される第２レンズ４０とからなる。
【００２４】
即ち、光ファイバー２０から出てくる光である光信号５０が、二つのレンズ３０、４０を通過しながらその発散程度が減少する。
【００２５】
より詳しくは、光ファイバー２０からの光信号５０が第１レンズ３０を通過する時、光ファイバー２０の光軸を基準にシリコン基板１０に垂直になる方向（Ｘ軸方向）に発散する光信号の垂直発散角が小さくなる。即ち、図２に示したように、光信号５０の垂直発散角がαからα'に小さくなる。また、光信号５０が第２レンズ４０を通過する時、光ファイバー２０の光軸を基準にシリコン基板１０に水平になる方向（Ｙ軸方向）に発散する光信号５０の水平発散角が小さくなる。即ち、図３に示したように、光信号５０の水平発散角がβからβ'に小さくなる。
【００２６】
このように光ファイバーからの光信号５０は、第１レンズ３０と第２レンズ４０を通過しながら夫々垂直になる二つの方向（Ｘ，Ｙ軸方向）にその発散角が小さくなるため、効果的に視準される。
【００２７】
第１レンズ３０は、シリコン基板１０に対して垂直の方向（Ｘ方向）に所定の曲率半径を持つように形成される。
このような第１レンズ３０は、所定長さを有する円筒状に形成されることが好ましく、光ファイバー２０の整列方向に垂直になるように、光ファイバー２０と所定距離だけ離れて整列し、その材料として光ファイバーが主に使われる。従って、レンズの大きさを大きくすることができると共に整列が一層容易になる。
【００２８】
また、第２レンズ４０は、第１レンズ３０を通過した光信号５０を受ける面４１が平坦で、光信号５０が出る面４２が、シリコン基板１０に水平の方向（Ｙ軸方向）に所定の曲率半径を持つように形成される。
また、第２レンズ４０は、ポリマー材料から形成されることが好ましい。
【００２９】
このような第１レンズ３０と第２レンズ４０は、光が進行する経路に沿ってシリコン基板上に整列されるが、このような光進行経路に従う部品の整列のためにシリコン基板１０上には、整列溝構造を有する装着層４５が形成される。
【００３０】
また、装着層４５に形成されて、光ファイバー２０、第１レンズ３０及び第２レンズ４０が整列するように装着される各整列溝１１a、１１b、１１cは、装着層４５を形成する同時に形成される。
【００３１】
また、このような装着層４５は、第２レンズ４０と同様な材質のポリマーから成ることが好ましい。
即ち、装着層４５と第２レンズ４０が同様な材質に形成されることで、第２レンズ４０は、装着層４５がパターニングされる時、整列溝１１a、１１b、１１cと同時に形成されることが可能である。
【００３２】
より詳細には、第２レンズ４０と装着層４５は、シリコン基板１０上に形成された厚膜感光膜をフォトリソグラフィ工程（photolithography）によりパターニングして形成される。また、第２レンズ４０と装着層４５は、光感応性多重体（photo  sensitive  polymer）から成る膜をシリコン基板１０上に形成させた後、フォトリソグラフィ工程によりパターニングして形成されることも可能である。
【００３３】
このように整列溝構造が形成されることで、シリコン基板１０に設置される各部品は、x、y、zの３軸方向への正確な整列が可能になると共に、受動整列（passive  alignment）もより容易にできる。
【００３４】
また、装着層４５には、第２レンズ４０からの光信号５３を受光する各受光素子１２が形成され、これらを電気的に接続するように電気配線１３が形成される。
【００３５】
以下、このように構成された本発明の第１実施形態に係る光通信用超小型視準レンズシステムの動作について説明する。
【００３６】
光ファイバー２０から出力される光信号５０は、光信号５０の進行方向に対して垂直な方向に、シリコン基板１０上に設置された円筒状の第１レンズ３０を通過するようになる。この時、図２に示したように、発散した光信号５０は、シリコン基板１０面に垂直な方向（Ｘ軸方向）にその発散角が小さくなる。第１レンズ３０を通過した光信号５０は、光信号５０の進行方向に平行するようにシリコン基板１０上に設置されたポリマー材料の第２レンズ４０を通過するようになる。この時、図３に示したように、光信号５０は、シリコン基板１０の表面に対して水平な方向（Ｙ軸方向）にその発散角が再び小さくなる。このように第１レンズ３０と第２レンズ４０とを連続的に通過するようようになることで、二段階で光信号５０が視準され、受光素子１２に流入される光を増加させて光信号５３の光効率を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光通信用超小型視準レンズシステムを示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光通信用超小型視準レンズシステムの主要構成を示した側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る光通信用超小型視準レンズシステムの主要構成を示した正面図である。
【図４】球面レンズを利用した従来の光通信用超小型視準レンズシステムの構成を示した斜視図である。
【図５】図４をII方向から眺めた側面図である。
【図６】図４をIII方向から眺めた側面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０:シリコン基板
１１a、１１b、１１c:整列溝
１２:受光素子
２０:光ファイバー
３０:第１レンズ
４０:第２レンズ
【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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