(57)【要約】  【課題】  簡便な構造を備えた、光路変換体及び光路変換体の実装構造並びに光モジュールを提供する。  【解決手段】  本発明の光路変換体は、光入射面１５ａ、光入射面１５ａから入射した光を反射させる傾斜面２０、および傾斜面２０で反射した光を出射させる光出射面１５ｂを有する本体部と、光入射面１５ａに配置された第１レンズ部１８と、光出射面１５ｂに配置された、第１レンズ部１８の焦点距離と異なる焦点距離を持つ第２レンズ部１９とを有しており、第１レンズ部１８を通って光入射面１５ａから前記本体部に入射した光が、傾斜面２０で反射して光出射面１５ｂから第２レンズ部１９を通って出射するものである。【選択図】  図２
2012098756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射面、該光入射面から入射した光を反射させる傾斜面、および該傾斜面で反射した光を出射させる光出射面を有する本体部と、
前記光入射面に配置された第１レンズ部と、
前記光出射面に配置された、前記第１レンズ部の焦点距離と異なる焦点距離を持つ第２レンズ部とを有しており、
前記第１レンズ部を通って前記光入射面から前記本体部に入射した光が、前記傾斜面で反射して前記光出射面から前記第２レンズ部を通って出射する光路変換体。
【請求項２】
前記第２レンズ部から前記傾斜面までの光路長が、前記第１レンズ部から前記傾斜面までの光路長よりも長い請求項１に記載の光路変換体。
【請求項３】
前記第１レンズ部および前記第２レンズ部は、いずれも半球面状である請求項１または２に記載の光路変換体。
【請求項４】
前記第１レンズ部の半径は、前記第２レンズ部の半径と異なっている請求項１〜３のいずれかに記載の光路変換体。
【請求項５】
前記第２レンズ部を複数有しており、これら複数の第２レンズ部は、横並びに並設されている請求項１〜４のいずれかに記載の光路変換体。
【請求項６】
前記第１レンズ部および前記第２レンズ部の少なくとも一方は、フレネルレンズまたはホログラムレンズである請求項１に記載の光路変換体。
【請求項７】
光半導体素子と、
該光半導体素子に前記第１レンズ部または前記第２レンズ部を対応させて配設された請求項１〜６のいずれかに記載の光路変換体とを有する光路変換体の実装構造。
【請求項８】
請求項７に記載の光路変換体の実装構造を備えるとともに、前記光路変換体の前記第１レンズ部または前記第２レンズ部に、他の光半導体素子に光接続させる光ファイバの光出射端または光入射端を対面させた光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野及び光情報処理分野等において使用される光路変換体及びその実装構造並びに光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システムや光情報処理システムの実用化が進むにつれ、大容量の光信号を処理することができ、かつ高機能を有するシステムが要求されるようになってきている。これらシステムの実現には、光機能素子を集積した光集積回路が不可欠であり盛んに研究されている。
【０００３】
特に、光半導体素子と光ファイバを接続する技術に関し、従来、光半導体素子と光ファイバ間の光接続は光半導体素子を発光させる、若しくは素子導波路の一端に光を入射し、出射端に光ファイバを設置し、光ファイバ受光光量が最大になるように光ファイバ位置を微妙に調整することにより、光ファイバと光半導体素子との光学的接続を行う、いわゆるアクティブアラインメント方法が一般的であった。
【０００４】
このようにアクティブアラインメント方法は、光半導体素子自身を発光させる、若しくは片端から光を入射させる必要が生じる。さらに、素子個々に対する光軸調芯には時間がかかり、コスト上昇につながる等の不便さがあった。
【０００５】
上記問題を解決するために、光半導体素子と光ファイバとの相対位置を機械的に精度よく配置し、光学接続を達成する技術（パッシブアラインメント技術）が、近年盛んに研究されている。
【０００６】
パッシブアラインメント技術は、光半導体素子及び光ファイバの位置が機械的な精度のみで決まるため、光半導体素子を発光させる、若しくは光を入射させる必要がない。このように、パッシブアラインメント技術は、従来の電気素子マウント技術の延長線上にあるといえ、その量産効果は極めて絶大であり、光モジュールの低価格化には必須の技術となりつつある。また、パッシブアラインメント技術は、このような表面実装型光伝送モジュールを実現させ、光モジュールの高速化、小型・低背化に必要不可欠の技術となっている。
【０００７】
一方、近年、面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下略してＶＣＳＥＬと記す）の応用展開が盛んに議論されている。面発光レーザは、端面共振器型の従来のファブリペローレーザと比較し、動作電流が小さく、温度特性にも優れる等の特徴を有しているために、次世代の光通信用光源として注目されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のことから、前述のパッシブアラインメント技術をＶＣＳＥＬに応用展開しようとする流れは至極自然である。
【０００９】
しかしながら、ＶＣＳＥＬを表面実装した光モジュールを実現するためには、以下に示す２つの大きな課題を解決する必要があった。
【００１０】
第1の課題は、ＶＣＳＥＬ実装面とＶＣＳＥＬの光出射方向が互いに垂直な関係にあることにより、ＶＣＳＥＬと光ファイバを光学的に効率よく接続するには何らかの工夫が必
要になることである。
【００１１】
ＶＣＳＥＬを表面実装するので、その光出射方向は実装基板に対し法線の方向となる。一般に、電流を供給する電極は実装基板表面に形成されるために、電極と実装基板上の電気接合部位を接合させると、実装基板表面に対し法線の方向に光線が出射される。すなわち、光線進行方向と実装面が垂直の位置関係となる。従来型の端面発光レーザにおいてはこの様な配慮は不要である。端面発光レーザでは、通常、共振器は実装面に平行に形成されるので、光出射の方向は共振器の方向（つまり実装面と平行）に出射する。このため、共振器の片側端面に光ファイバを配置することにより、容易にレーザダイオードからの出射光を光ファイバに入射できる。
【００１２】
そこで、斜面形状に加工した光ファイバの先端面、或いは半透明反射面で、ＶＣＳＥＬからの出射光を反射させて、光路変換を行う方法が提案されている（例えば、米国特許６０８１６３８号公報を参照）。
【００１３】
しかし、この方法では、光ファイバ端面を斜めに研磨すること、また、光ファイバの円筒対称性を無くすことにより、光ファイバ軸における回転方向の調整が必要になること等から、コストが増大するなどの問題がある。
【００１４】
また別の方法として、ＶＣＳＥＬからの出射光を光ファイバに入射させるために、実装基板の表層に斜め反射面を設け、この反射面で光路を曲げ、予め所望の位置に配置された光ファイバへ光入射させる方法が提案されている（例えば、特表平１１‐５０２６３３号公報を参照）。しかし、この方法では以下の第２の課題を解決しなければならない。
【００１５】
第２の課題は、レーザダイオードの出射光が或る広がり角を持って空間を伝播していくという問題である。
【００１６】
これを解決する最も単純な方法は、レーザダイオードの光出射端と光ファイバの光入射端を近接させることである。端面発光型レーザを用いるならば、この方法を実施することは至極簡単である。
【００１７】
しかし、ＶＣＳＥＬを用いる場合は、前記第1の課題で述べたように、光出射方向が実装面と垂直になるために、何らかの反射面で光路を変換する必要があり必ずしも容易ではない。また、ＶＣＳＥＬチップの外形寸法等による幾何的制限により、いくらかの光路長を確保しなければならない。このため、光ファイバに入射する出射光スポット径が大きくなり、その結果、光ファイバとの光学接続が効率的にできなくなる。
【００１８】
これら問題へのアプローチとして最も単純な方法は、チップキャリアと呼ばれる矩形体の一側面にＶＣＳＥＬを実装し、その後、チップキャリアの別の側面を実装面として、ＶＣＳＥＬ出射面と光ファイバ入射端面が相対向して近接されるように、チップキャリアを実装基板上に実装するという方法である。
【００１９】
しかしこの方法では、ＶＣＳＥＬをチップキャリア上に実装した後、チップキャリアを回転させた後、実装基板上に配置する必要があり、工程上不便である。また、現在、出射光の高速動作が要求されているので、チップキャリア自体の有するキャパシタンスが高速動作を阻害する要因ともなっており、チップキャリアを省くことが望ましい。
【００２０】
本発明は、上記の２つの大きな課題を同時に解決でき、しかもＶＣＳＥＬの表面実装を低背に実現するための簡便な構造を備えた、光通信用の光路変換体及びその実装構造並びにそれを用いた光モジュール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】
【００２１】
本発明の光路変換体は、光入射面、該光入射面から入射した光を反射させる傾斜面、および該傾斜面で反射した光を出射させる光出射面を有する本体部と、前記光入射面に配置された第１レンズ部と、前記光出射面に配置された、前記第１レンズ部の焦点距離と異なる焦点距離を持つ第２レンズ部とを有しており、前記第１レンズ部を通って前記光入射面から前記本体部に入射した光が、前記傾斜面で反射して前記光出射面から前記第２レンズ部を通って出射するものである。
【００２２】
本発明の光路変換体は、上記構成において、前記第２レンズ部から前記傾斜面までの光路長が、前記第１レンズ部から前記傾斜面までの光路長よりも長い。
【００２３】
本発明の光路変換体は、上記構成において、前記第１レンズ部および前記第２レンズ部は、いずれも半球面状である。
【００２４】
本発明の光路変換体は、上記構成において、前記第１レンズ部の半径は、前記第２レンズ部の半径と異なっている。
【００２５】
本発明の光路変換体は、上記構成において、前記第２レンズ部を複数有しており、これら複数の第２レンズ部は、横並びに並設されている。
【００２６】
本発明の光路変換体は、前記第１レンズ部および前記第２レンズ部の少なくとも一方は、フレネルレンズまたはホログラムレンズである。
【００２７】
また本発明の光路変換体の実装構造は、光半導体素子と、該光半導体素子に前記第１レンズ部または前記第２レンズ部を対応させて配設された、上記構成の光路変換体とを有する。
【００２８】
さらに本発明の光モジュールは、上記構成の光路変換体の実装構造を備えるとともに、前記光路変換体の前記第１レンズ部または前記第２レンズ部に、他の光半導体素子に光接続させる光ファイバの光出射端または光入射端を対面させている。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の光路変換体及びその実装構造並びに光モジュールによれば、簡単な構成で光半導体素子と光ファイバとの光結合を効率よく実現することができるとともに、光学系の倍率調整を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る光路変換体の実施形態を模式的に説明する図であり、（ａ）は光路変換体を素子実装用基板上に配設する際の斜視図、（ｂ）は光路変換体の下面（配設面）の様子を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る光路変換体の実装構造を模式的に説明する図であり、（ａ）は光路変換体を素子実装用基板に配設する様子を示す分解斜視図であり、（ｂ）は光路変換体の実装構造（光モジュール）を示す斜視図である。
【図３】光路変換体を介して光ファイバと光半導体素子との光接続を模式的に説明する、図２（ｂ）のIII−III線断面図である。
【図４】本発明の光路変換体に設けたレンズの球面における光学的位置関係を模式的に説明した断面図である。
【図５】本発明の光路変換体の実施形態を説明する線図であり、（ａ）は屈折率ｎ１＝１．５の媒質からｎ２＝１．０の媒質へ入射した光の入射角と反射率との関係を示す線図であり、（ｂ）は傾斜面の斜面角を４５°（９０°の光路変換）としたときの全反射が生じる媒質屈折率比ｎ２／ｎ１を計算した結果を示す図である。
【図６】本発明に係る光モジュールの他の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明に係る光モジュールのさらに他の実施形態を模式的に示す斜視図であり、（ａ）は素子実装用基板の一主面側の様子を示す斜視図、（ｂ）は光モジュールの斜視図である。
【図８】図７におけるVIII−VIII線断面を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、本発明の実施形態について模式的に図示した図面に基づき詳細に説明する。
【００３２】
本発明に係る光通信用の光路変換体の斜視図を図１（ａ），（ｂ）に示す。光路変換体１５は透光性を有し且つ柱状を成す本体の側面に、本体の外側からの光を入射させる光入射面１５ａと、この光入射面１５ａからの入射光を本体の内側で反射させるために、入射光軸に対して傾斜している傾斜面（反射面）２０と、この光入射面１５ａに入射され傾斜面２０の本体内側で反射した光を出射させるための光出射面１５ｂとが形成されており、光入射面１５ａ及び光出射面１５ｂに、集光作用をなし平行光を得ることができるレンズ部１８，１９を形成したことを特徴とする。なお、図中１６は金属で形成された接合部であり、光路変換体１５を後記する素子実装用基板（以下、単に基板という）上に配設する際に、この基板の主面と接合させるためのものである。
【００３３】
図２（ａ）に光路変換体１５を素子実装用基板（以下、単に基板という）１２に配設する様子を分解斜視図にて示し、図２（ｂ）に光路変換体１５の実装構造を斜視図にて示す。図２に示すように、高低差のある凹部を形成した基板１２の低位置面１２ｂに、活性層領域がＧａＡｓ系，ＡｌＧａＡｓ系，ＩｎＧａＡｓ系，ＩｎＧａＡｓＰ系等の材料で構成されたＶＣＳＥＬ等の光半導体素子である面発光素子１１（及び／又はフォトダイオード等の光半導体素子である面受光素子）を配設するとともに、高位置面１２ａに光路変換体１５を配設している。そして、特に面発光素子１１（及び／又は面受光素子）を光路変換体１５で覆って気密に封止したことを特徴とする。
【００３４】
光モジュールＭ１は、光路変換体１５の光出射面１５ｂに光ファイバ１３の光入射端１３ａを対面させたものである。なお、例えば図２（ａ）において、基板１２に形成した凹部内の低位置面１２ｂに面受光素子を設け、図２（ｂ）において、例えば１５ｂを光入射面とし、光ファイバ１３の端部１３を光出射端として、光路変換体１５の光入射面に光ファイバ１３の光出射端を対面させて光モジュールを構成してもよい。また、高低差のある低位置面１２ｂ及び高位置面１２ａは段差でもよく凹部を基板１２に形成しなくともよい。
【００３５】
次に、図３に模式的に示す図２（ｂ）のIII−III線断面図に基づいて、例えばＶＣＳＥＬである面発光素子１１と光ファイバ１３間の光学的接続方法について説明する。光路変換体１５において、傾斜面２０と光入射面１５ａのなす角度θ１、及び傾斜面２０と光出射面１５ｂのなす角度θ２がそれぞれ４５°であり、レンズ部１８，１９は集光作用を行い平行光を得ることが可能な半球面状に形成されている。
【００３６】
面発光素子１１からの出射光は、光路変換体１５内へ入射され、傾斜面２０で直角に光路変換され、光路変換体１５を透過した後、光ファイバ１３に入射される。面発光素子１１からの出射光は、半導体レーザ特有のある広がり角をもって球面波的に媒質中を伝播する。半球面状のレンズ部１８（以下、入射レンズともいう）、光路変換体１５の屈折率ｎ１、外部媒質の屈折率ｎ２、並びに入射レンズ１８の半球面半径ｒ１できまる焦点位置に面発光素子の出射端面を配置することで、面発光素子１１からの出射光を平行光に変換で
きる。平行光に変換された伝播光は、同様の原理でレンズ部１９（以下、出射レンズともいう）の焦点位置に、光ファイバ１３の入射端面１３ａを配置することで、効果的に面発光素子１１からの出射光を光ファイバ１３に入射させることが可能となる。
【００３７】
次に、図４に示す断面模式図に基づき入射レンズ１８について詳細に説明する。図４において、点Ｃは半球レンズの中心、ｒは半球レンズの半径、点Ｆは焦点位置を、Ａは半球レンズの球面と直線ＣＦとの交点（以下、頂点）を表す。半球内部の屈折率をｎ１、半球外部の屈折率をｎ２とすると、焦点距離ＡＦはｎ２／（ｎ１−ｎ２）×ｒの関係式で与えられる。例えば、ｎ１＝１．５、ｎ２＝１．０とし、ｒ＝１００μｍとすると、ＡＦ＝２００μｍとなり、半球面レンズ頂点Ａから２００μｍ離した位置に面発光素子の出射点を配置すると、出射光は平行光に変換される。出射レンズ１９についても同様に説明できる。
【００３８】
また、上記光学系において、倍率ｍは入射レンズ焦点距離ｆ１、出射レンズ焦点距離ｆ２としたとき、ｍ＝ｆ２／ｆ１で与えられる。ｆ１、ｆ２は、光路変換体１５及び周囲媒質の屈折率がきまれば、入射レンズ１８の半径ｒ１、出射レンズ１９の半径ｒ２で決定されるから、ｒ１、ｒ２を任意に調整する（例えば、ｒ１とｒ２を異ならせる）ことで、任意の倍率ｍが設定可能である。
【００３９】
すなわち、面発光素子１１からの出射光のスポットサイズと光ファイバ１３のスポットサイズが同一でないとしても、入射レンズ１８及び出射レンズ１９の半径を適当に設定することで、良好な光学的接続が実現できる。
【００４０】
次に、傾斜面２０について詳細に説明する。傾斜面２０にはＡｕ，Ａｌ，またはＡｇ等から成る高反射率の金属膜を施して反射体とすると、傾斜面２０の傾斜角がいかなる場合でも光を効率良く反射させることができる。ただし、反射として全反射を利用する場合にはこのような金属膜の形成は不要である。
【００４１】
光は、屈折率の高い媒質から低い媒質へ或る入射角以上で入射すると、屈折率の低い側には伝播できず、媒質の境界面で完全反射される。屈折率ｎ1＝１．５からｎ2＝１．０へ入射した光の反射率の角度依存性を図５（ａ）に示す。この図から明らかなように、入射角が小さい時、光は偏光方向によって異なる反射率をもって反射するが、全反射角＝４１．８°以上で両偏光光（Ｓ偏光，Ｐ偏光）とも１００％反射される。すなわち、光路変換体１５がｎ1＝１．５であるならば、入射角４５°において伝播光は完全反射されるため、特に反射面２０に反射膜等を施さなくても理想的な反射面となる。
【００４２】
反射面２０の斜面角を４５°（９０°の光路変換）としたときに全反射がおきる媒質の屈折率比ｎ２／ｎ１を計算した結果を図５（ｂ）に示す。この図より、傾斜面２０を全反射面とするためには、ｎ２／ｎ１＜０．７１の条件を満たせば良く、この範囲で適宜に、光路変換体１５の材料選定が可能である。具体的には周囲媒質屈折率ｎ2＝１．０としたとき、ｎ1＞１．４１の材料を光路変換体に用いればよく、一般的な光学ガラス材料、例えばクラウンガラス、硼珪クラウンガラス、重クラウンガラス、軽フリントガラス、重フリントガラス、シリカガラス、サファイア、セレン化亜鉛等の材料が使用可能である。その他、透明樹脂なども使用可能である。
【００４３】
このように本発明の光路変換体によれば、透光性を有し柱状を成す本体の側面に、本体の外側からの光を入射させる光入射面と、該光入射面から入射した光を本体の内側で反射させる傾斜面と、該傾斜面で反射した光を本体の外側へ出射させるための光出射面とを形成するとともに、光入射面及び光出射面のそれぞれに集光用のレンズ部を形成したので、簡単な構成で光半導体素子と光ファイバとの光結合が効率良く実現することができる。
【００４４】
また特に、光路変換体の傾斜面と光入射面のなす角度、及び傾斜面と光出射面のなす角度が、それぞれ４５°であるとともに、レンズ部が半球面状に形成することにより、例えば面発光素子の実装面に対し垂直方向に出射した光の光路を容易に９０°変換することができ、低背化を維持した状態で効率よく効果的に光ファイバに光入射させることが可能な実装構造及び光モジュールが提供できる。
【００４５】
さらに、光路変換体の屈折率をｎ１とし、本体の外側周囲の屈折率をｎ２としたときに、ｎ２／ｎ１＜０．７１の関係を満足させることにより、界面で全反射が生じるので傾斜面に金属膜等の光反射膜を形成する必要がなく、しかも効率的な光反射が実現される。
【００４６】
次に、光路変換体１５の実装構造とそれを用いた光モジュールの実施形態について詳細に説明する。
【００４７】
図２において、面発光素子１１を実装する基板１２は、高低差のある低位置面１２ｂ及び高位置面１２ａが形成されており、低位置面を異方性エッチングで容易に作製可能な例えば単結晶シリコンを用いる。また、凹部内に形成された低位置面１２ｂの周囲の高位置面１２ａに、薄膜パターンである接合用半田で接合部１７が環状に形成されている。面発光素子１１は、例えば基板１２に形成されたアラインメントマーカ（不図示）等によって正確に位置決めされ、低位置面１２ｂに設けられた接合用半田（不図示）によって実装固定される。
【００４８】
面発光素子１１の実装後、光路変換体１５が面発光素子１１と同様に面発光素子１１の上部に実装固定される。光路変換体１５の基板１２と相対向させる面（この実施形態では光入射面１５ａ）には予め接合用金属パターンで接合部１６が形成されており、基板１２側の接合部１７との加熱圧着により接合される。このとき、面発光素子１１の光出射点と入射レンズ１８は同一光軸上に配置されるよう正確に位置決め実装されている。
【００４９】
面発光素子１１及び光路変換体１５を基板１２上へ実装後、光ファイバ１３を位置決めするための光ファイバ実装用基板１４を基板１２上へ配置し、次いで、光ファイバ１３を光ファイバ実装用基板１４上へ配置する。このとき、光ファイバ１３の光軸と出射レンズ１９の光軸が一致するように正確に位置決めされる。
【００５０】
接合部１７は、下地金属として、たとえば、上層／下層でＡｕ／ＣｒあるいはＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ等の積層体で形成し、この積層体上に金錫、鉛錫等の半田材料を配設して構成されている。なお、このような下地金属の下部には例えばＳｉＯ２膜等の絶縁膜が形成されている。面発光素子１１への電力供給線路（不図示）は、前記絶縁膜を最下層に設け、最下層の絶縁膜上に面発光素子１１への電力供給配線を形成し、その上にＳｉＯ２，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３等の絶縁膜を形成した後、前記下地金属を形成する構造が望ましい。このような構造を採用することにより、光路変換体１５を面発光素子１１上部に配置させ、面発光素子１１の周りに完全な気密封止構造と絶縁構造を形成させることが可能となる。
【００５１】
次に、アレイ化した面発光素子１１や面受光素子等の光半導体素子アレイを設け、光路変換体１５の側面に光半導体素子のアレイ化に対応したレンズ部をアレイ状に設け、このアレイ状のレンズ部に光接続する複数の光ファイバを並設した光モジュールについて説明する。
【００５２】
図６に斜視図にて示す光モジュールＭ２は、基板１２上に、３本の光ファイバ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを横並びに並設した光ファイバ実装用基板１４と、出射レンズ１９Ａ，１
９Ｂ，１９Ｃ、及びこれら出射レンズに対応してアレイ状に配設された入射レンズを設けた光路変換体１５と、出射レンズに対応した出射部を有する面発光素子アレイとを備えて成る。
【００５３】
ここで、光路変換体１５の傾斜面２０は光モジュールＭ１と同様に４５°の角度で形成されている。また、図示されていない面発光素子アレイは、図２（ｂ）と同様にして光路変換体１５の下部に配置されている。面発光素子アレイの列方向は光ファイバ光軸に対し垂直な方向である。光路変換体１５における、入射レンズ及び出射レンズの半径は、たかだか１００μｍ程度で良いため、例えば３００μｍ間隔の高密度の面発光素子アレイチップに対しても十分に対応できる。
【００５４】
本発明の光路変換体１５は２次元ＶＣＳＥＬアレイに対しても有効である。図７及び図８に模式的に図示した光モジュールＭ３は、３×２の面発光素子２次元アレイについての適用例を示したものである。
【００５５】
光モジュールＭ３は、光モジュールＭ１と同様に基板１２に形成された凹部内の低位置面に、３×２の行列に配置された発光部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆを備えた面発光素子アレイ２１を配設したものであり、この面発光素子アレイの発光部に対応して入射レンズと出射レンズ（１９Ａ〜１９Ｆ）を備え、光モジュールＭ１と同様に形成された傾斜面２０を備えた光路変換体１５で覆って構成されている。さらに、光路変換体１５の出射レンズに対応して光ファイバが３列２段に設けられている。すなわち、光ファイバ搭載用のＶ溝が３列に形成された下部光ファイバ実装用基板１４Ａに、光ファイバ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが配設され、上下両主面のそれぞれに光ファイバ搭載用のＶ溝が３列に形成された上部光ファイバ実装用基板１４Ｂが載置され、さらに、光ファイバ１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆが上部光ファイバ実装用基板１４Ｂの上主面に形成されたＶ溝に配設されている。
【００５６】
このような構成により、図８に示すように、例えば、面発光素子アレイ２１の発光部１１Ｂから出射された光は、入射レンズ１８Ｂで平行光にされ、傾斜面２０により直角に反射され、出射レンズ１９Ｂで集光され、出射レンズの焦点位置に配設された光ファイバ１３Ｂの先端部へ入射される。同様にして、面発光素子アレイ２１の発光部１１Ｅからの出射光は入射レンズ１８Ｅ、傾斜面２０、出射レンズ１９Ｅを経て、光ファイバ１３Ｅの先端部へ入射される。
【００５７】
かくして、光ファイバの光軸方向に並んだ面発光素子アレイからの出射光線列は、それぞれ反射面で９０°光路変換され、面発光素子の実装基板面に垂直な方向の光線列となり、各光ファイバの先端部を各光線の焦点位置に配置することで、きわめて良好な光学的接続が可能となるとともに、面発光素子を光路変換体で覆うようにしたので低背化も実現される。
【００５８】
なお、本発明の光路変換体を用いた光モジュールは、ＶＣＳＥＬ等の面発光素子を用いた光送信モジュールを想定したが、相反性より面発光素子を受光素子として用いて、光受信用モジュールに応用したり、面発光素子と受光素子とを設けて光受発信用モジュールに適用できることは当然である。
【００５９】
また、上記光路変換体に設けた入射レンズ、出射レンズは例えば球面誘電体の界面における屈折を利用したものについて説明したが、その他、回折を利用したフレネルレンズや、ホログラムレンズのような平板レンズを用いてもよく、このような平板状のレンズを用いることで、よりいっそう小型化・低背化を期待できる。
【実施例】
【００６０】
以下に、本発明をより具体化した実施例について説明する。
【００６１】
図１において、光路変換体１５として硼珪クラウンガラスを用い、モールド成形により形成した。接合部１６は金属蒸着法を用いて作製した。傾斜面２０は光路変換体１５の接合面に対し４５°の傾斜をもって形成され、入射レンズ１８、出射レンズ１９の半径はともに１００μｍとした。
【００６２】
図２に示す光モジュールＭ２において、基板１２として単結晶シリコンを用い、ＶＣＳＥＬ１１を配設した低位置面１２ｂは、フォオトリソグラフィー技術並びにアルカリ水溶液を用いた異方性エッチング技術等を用いて正確に作製した。この低位置面１２ｂの深さは約４００μｍとした。これは、入射レンズ１８の焦点距離、並びにＶＣＳＥＬ１１の素子厚みにより決定したからである（焦点距離及びＶＣＳＥＬ１１の素子厚みを２００μｍ程度とした）。また、低位置面１２ｂの幅は、光路変換体１５のサイズにより決まるが、光路変換体１５の接合面を１ｍｍ×１ｍｍとしたので、これより少し小さめのサイズとした。ＶＣＳＥＬ１１の実装基板である基板１２上に、低位置面１２ｂも含めて、最下層としてＳｉＯ２から成る絶縁膜を熱酸化法により形成した。
【００６３】
最下層のＳｉＯ２上に、ＶＣＳＥＬ１１へ電力を供給する電気配線を、フォトリソグラフィー法及び金属蒸着法等により形成し、その上に前記金属配線の電気接続部（電極パット）を除き、上部絶縁層としてＳｉＯ２をスパッタ法で形成した。上部絶縁層上に接合用薄膜半田パターンから成る接合部１７を設けた。半田薄膜材料として金錫を用いた、半田パターンの下地金属層としては上層／下層でＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉの積層構造とした。本実施例の半田薄膜パターンは不図示としているが、ＶＣＳＥＬ１１の実装部にも同時に設けた。
【００６４】
ＶＣＳＥＬ１１、光路変換体１５、及び光ファイバ１３の実装工程について以下に説明する。
【００６５】
最初に、ＶＣＳＥＬ１１を基板１２上の低位置面１２ｂに位置決めマーカ（不図示）を用いて正確に配置され、不図示の薄膜半田を用いてＶＣＳＥＬ１１を実装した。その後、基板１２と光路変換体１５を、位置決めマーカ（不図示）を用いて位置合わせした後、基板１２側の接合部１７及び光路変換体１５側の接合部１６を圧着加熱することにより、基板１２上に光路変換体１５を実装した。
【００６６】
光路変換体１５の実装は窒素などの不活性気体雰囲気中で行い、基板１２に形成した凹部の周囲に設けた接合用半田から成る接合部１７を用いて、ＶＣＳＥＬ１１を光路変換体１５でもって気密封止した。
【００６７】
次に、光ファイバ実装用基板１４を正確に基板１２上へ実装し、最後に光ファイバ１３を光ファイバ実装用基板１４上に設けられたＶ溝１４ａへ配置固定することで、本発明の光路変換体１５を備えた光モジュールＭ１を完成させた。
【００６８】
かくして、本実施例により、面発光素子の実装面に対し垂直方向に出射した光の光路を容易に９０°変換することができ、効率よく且つ効果的に光ファイバに光入射させることができた。さらに、面発光素子を容易にかつ簡便に気密封止し、低背化を実現した光モジュールとすることができた。
【符号の説明】
【００６９】
１１、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ：面受光素子（ＶＣＳＥＬ素子
）
１２：素子実装用基板（基板）
１２ａ：高位置面
１２ｂ：低位置面
１３、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ：光ファイバ
１４：光ファイバ実装用基板
１５：光路変換体
１５ａ：光入射面
１５ｂ：光出射面
１６：光路変換体側の接合部
１７：素子実装用基板側の接合部
１８、１８Ｂ，１８Ｅ：入射レンズ（光入射面に設けたレンズ部）
１９、１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ：出射レンズ（光出射面に設けたレンズ部）
２０：傾斜面（光反射面）
２１：面発光素子アレイ
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：光モジュール
【図１】
2012098756.tif 000003
【図２】
2012098756.tif 000004
【図３】
2012098756.tif 000005
【図４】
2012098756.tif 000006
【図５】
2012098756.tif 000007
【図６】
2012098756.tif 000008
【図７】
2012098756.tif 000009
【図８】
2012098756.tif 000010