(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光路に平行する底面と、該底面に連接して前記光路を遮断する壁面とに接して形成されたミラー支持体斜面であって、液状硬化物質の表面張力により凹面形状を呈し、前記液状硬化物質を硬化させて形成されたミラー支持体斜面と、
該ミラー支持体斜面と前記光路との交点を含む前記ミラー支持体斜面上に形成された反射膜とを備え、
前記凹面形状は、前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点における法線と前記光路とを含む前記ミラー支持体斜面の第１の断面と、前記法線を含み前記第１の断面と直交する前記ミラー支持体斜面の第２の断面とにおいて、前記ミラー支持体斜面のそれぞれの断線が凹曲線となることを特徴とする光路変換ミラー。
【請求項２】
前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点において、前記法線が前記光路となす角度が４５度であることを特徴とする請求項１に記載の光路変換ミラー。
【請求項３】
前記光路を伝搬する光ビームの出射点から前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点までの距離ａ、前記底面からの前記壁面の高さＤ、前記法線が前記光路となす角度αとしたとき、前記第１の断面における前記ミラー支持体斜面の断線の曲率半径Ｒ１は、
Ｄ≦Ｒ１≦２ａ／cosα
であることを特徴とする請求項１に記載の光路変換ミラー。
【請求項４】
前記底面に、前記壁面と接し前記液状硬化物質に対し接触角の小さい低接触角領域と、該低接触角領域に接し前記液状硬化物質に対し接触角の大きい高接触角領域とを備え、
前記液状硬化物質は、前記低接触角領域と前記壁面とに接して前記ミラー支持体斜面を形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光路変換ミラー。
【請求項５】
前記壁面に接続された流路を介して前記液状硬化物質を供給するための液量調整用プールを備え、
前記液状硬化物質の硬化前の状態において、前記凹面形状の平均面曲率と、前記液量調整用プール内の前記液状硬化物質の液面の任意の点における平均面曲率とが等しいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光路変換ミラー。
【請求項６】
前記液量調整用プールの一端部に、液量制御用ダムを介して接続された液排出用プールを備え、
前記液量制御用ダムは、前記液量調整用プール内の前記液状硬化物質の液面が一定の高さを超過すると、前記液状硬化物質を前記液排出用プールに排出することを特徴とする請求項５に記載の光路変換ミラー。
【請求項７】
基板上に、下部クラッド層とコア層と上部クラッド層とが順次積層された光導波回路の一端部に設けられ、光導波路の入出力光を基板上方又は下方に光路変換する光路変換ミラーの作製方法であって、
前記光導波路の一端部に上部クラッド上面から少なくともコアよりも深くミラー溝を形成する第一の工程であって、前記ミラー溝の底面に連接して前記光導波路から出射された光ビームの光路を遮断する壁面を形成する第一の工程と、
前記ミラー溝の底面に、前記壁面と接し液状硬化物質に対し接触角の小さい低接触角領域と、該低接触角領域に接し前記液状硬化物質に対し接触角の大きい高接触角領域とを形成する第二の工程と、
前記ミラー溝の前記低接触角領域と前記壁面とに挟まれた部位に前記液状硬化物質を供給する第三の工程と、
前記液状硬化物質の表面張力により凹面形状を呈した状態で、前記液状硬化物質を硬化させてミラー支持体斜面を形成する第四の工程であって、前記凹面形状は、前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点における法線と前記光路とを含む前記ミラー支持体斜面の第１の断面と、前記法線を含み前記第１の断面と直交する前記ミラー支持体斜面の第２の断面とにおいて、前記ミラー支持体斜面のそれぞれの断線が凹曲線となること、
前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点を含む領域に反射膜を形成する第五の工程とを備え、
前記第三の工程において、前記液状硬化物質の供給量を制御することによって、前記ミラー支持体斜面の前記凹面形状の平均面曲率を制御することを特徴とする光路変換ミラーの作製方法。
【請求項８】
基板上に、下部クラッド層とコア層と上部クラッド層とが順次積層された光導波回路の一端部に設けられ、光導波路の入出力光を基板上方又は下方に光路変換する光路変換ミラーの作製方法であって、
前記光導波路の一端部に上部クラッド上面から少なくともコアよりも深くミラー溝を形成する第一の工程であって、前記ミラー溝の底面に連接して前記光導波路から出射された光ビームの光路を遮断する壁面に、液状硬化物質を供給するための流路と、該流路に接続された液量調整用プールとを形成する第一の工程と、
前記ミラー溝の底面に、前記壁面と接し液状硬化物質に対し接触角の小さい低接触角領域と、該低接触角領域に接し前記液状硬化物質に対し接触角の大きい高接触角領域とを形成する第二の工程と、
前記液量調整用プールに前記液状硬化物質を供給して、前記ミラー溝の前記低接触角領域と前記壁面とに挟まれた部位に前記液状硬化物質を供給する第三の工程と、
前記液状硬化物質の表面張力により凹面形状を呈した状態で、前記液状硬化物質を硬化させてミラー支持体斜面を形成する第四の工程であって、前記凹面形状は、前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点における法線と前記光路とを含む前記ミラー支持体斜面の第１の断面と、前記法線を含み前記第１の断面と直交する前記ミラー支持体斜面の第２の断面とにおいて、前記ミラー支持体斜面のそれぞれの断線が凹曲線となること、
前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点を含む領域に反射膜を形成する第五の工程とを備え、
前記第三の工程において、前記液状硬化物質の供給量を制御することによって、前記ミラー支持体斜面の前記凹面形状の平均面曲率を制御することを特徴とする光路変換ミラーの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光路変換ミラー及びその作製方法に関し、より詳細には、フォトダイオード、レーザダイオード、平面光導波回路、光ファイバ等の光機能素子および光伝播素子の入出力ビーム制御及び素子間の光結合に用いられる光路変換ミラー及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信、光情報処理の分野においては、平面光導波回路を用いて光機能部品を構成し、集積することが行われている。例えば、平面光導波回路と受発光素子との間には、平面光導波回路の一領域から光波の一部または全部を取り出して、フォトダイオード（以下「ＰＤ」という）によって受光したり、または半導体レーザダイオード（以下「ＬＤ」という）からの出力光を平面光導波回路に入力させるための結合が必要になる。このような光素子と平面光導波回路との光結合構造として、平面光導波回路の導波路端部の微小部位に、光路を変換するための光路変換ミラーを設け、回路面と垂直方向に光を入出力する垂直入出力構造が知られている。特許文献１には、石英系光導波路をはじめとする各種導波路材料に幅広く適用でき、鏡面精度、光導波路とのアラインメント精度が極めて高く、高性能かつ生産性の高い光路変換ミラーの構造及び作製方法が提案されている。
【０００３】
図２２に、従来の光路変換ミラーの構造及び作製方法の第１例を示す。平面光導波路は、シリコン基板２２０１上に形成され、ＳｉＯ2を主成分とする酸化物ガラスから成る。光導波路は、コア２２０２とそれを取り囲むクラッドで構成される石英系光導波回路である。図２２（ａ）に示すように、光導波路の所望の端部に、シリコン基板に達するまで掘り込まれたミラー溝２２０３を形成する。ミラー溝２２０３を、環状に閉じた構造とし、その内側には島状クラッド２２０４を形成する。島状クラッド２２０４内部には、ミラー溝２２０３と連接する円形の液溜め２２０５を設ける。図２２（ｂ）に示すように、ディスペンサー（不図示）から液溜め２２０５に液状硬化樹脂２２０６を適量供給し、加熱するなど適当な方法で硬化させる。
【０００４】
ここで、ミラー溝２２０３の底面はシリコン、島状クラッド２２０４の壁面は酸化物ガラスとなっている。シリコンに対する接触角より酸化物ガラスに対する接触角が小さいので、シリコンに対する濡れ性より酸化物ガラスに対する濡れ性が良い液状硬化樹脂を用いる。液溜め２２０５に供給された液状硬化樹脂２２０６は、島状クラッド２２０４を取り囲むように壁面に沿って回り込み、４０〜５０度の傾斜角のミラー支持体斜面２２０７を得ることができる。コア２２０２の端面と対向するミラー支持体斜面２２０７上に、金を蒸着するなどして反射膜２２０８を形成する。図２２（ｃ）に示すように、コア２２０２の光軸ｙ軸をｚ軸方向に変換する光路変換ミラーを得ることができる。
【０００５】
図２３は、このようにして作製された光路変換ミラーの断面図である。ミラー支持体斜面２２０７の形状について補足説明する。ミラー支持体斜面２２０７の表面は、凹面となり、平均面曲率は、少なくとも液状硬化物質２２０６を硬化させる前の時点において、液溜め２２０５部分の液状硬化物質２２０６の液面の平均面曲率と等しくなる。特許文献１に図示された例では、液溜め２２０５を満たさない程度に、すなわち液溜め２２０５部分の液面が凹面になるように液状硬化物質２２０６が供給されているため、ミラー支持体斜面２２０７が凹面となっている。
【０００６】
ミラー溝２２０３底面に対する液状硬化物質２２０６の接触角θ、ミラー溝２２０３の深さすなわちミラー支持体斜面２２０７の高さＤとすると、ミラー支持体斜面２２０７の幅Ｗが面曲率に応じて、すなわち、液状硬化物質供給量に応じて変化することとなり、  
斜面が凹面であればＷ＜Ｄ／tanθ、  
斜面が平坦であればＷ＝Ｄ／tanθ、  
斜面が凸面であればＷ＞Ｄ／tanθ  
となる。なお、幅Ｗが島状クラッド２２０４の壁面からコア２２０２の端面までの距離よりも大きくなってしまうような場合は、ミラー溝２２０３全体が液状硬化物質２２０６で埋められてしまうため、ミラー支持体斜面２２０７は形成されない。
【０００７】
従来の光路変換ミラーの作製方法は、石英系光導波路をはじめとする各種導波路材料に幅広く適用でき、液状硬化物質の表面張力により高い鏡面精度が自動的に得られる。また、光導波回路と同一基板上に一体的に形成されるので、光導波路とのアラインメント精度も極めて高い。しかしながら、以下のような問題があった。
【０００８】
第一に、上述したように、ミラー支持体斜面の曲率及び幅は、液状硬化物質の供給量に依存する。しかし、従来の方法では、液状硬化物質の供給量を精度よく制御するための構造及び方法を備えておらず、ミラーの曲率及び反射角の制御精度が低いという問題があった。
【０００９】
第二に、液状硬化物質のミラー溝底面に対する接触角は、エッチング加工時の表面粗さ等、製造上制御困難な要因に大きく依存する。このため、ミラー支持体斜面の幅の制御精度が低く、従って反射角の制御精度が低いという問題があった。
【００１０】
そこで、これらの問題を解決する光路変換ミラーの構造及び作製法が、特許文献２に開示されている。
【００１１】
図２４に、従来の光路変換ミラーの構造及び作製方法の第２例を示す。図２４（ａ）に示すように、光導波路の所望の端部に、コア２４０２より深いミラー溝２４０３が設けられている。ミラー溝２４０３の内部には、液状硬化物質２４０６を硬化させたミラー支持体斜面２４０７が形成され、金など反射膜２４０８が蒸着されている。ミラー溝２４０３には、液状硬化物質２４０６を供給するための液溜め２４０４が連接されている。また、液溜め２４０４の近傍には、ミラー溝２４０３および液溜め２４０４とは連通しない液量調整溝２４１１ａ，２４１１ｂが形成されている。ミラー支持体の表面は、液状硬化物質の表面張力により極めて平滑なものとなるため、鏡面精度の高いミラーを得ることができる。また、光導波回路内の溝の中に直接形成されるため、光導波路とのアラインメント精度も高い。
【００１２】
この光路変換ミラーの作製方法について述べる。光導波路が形成された光回路に、ミラー溝２４０３とこれに連接する液溜め２４０４を形成し、ミラー溝２４０３および液溜め２４０４内部に、液状硬化物質２４０６に対し大きい接触角θHを呈する高接触角領域２４１２と、液状硬化物質２４０６に対し小さい接触角θLを呈する低接触角領域２４１３とを形成する。
【００１３】
具体的には、図２４（ｂ）に示すような方法を用いることができる。液状硬化物質２４０６に対して大きい接触角θH与える第一の濡れ性制御物を光導波回路の全面に塗布する。次に、液状硬化物質２４０６に対し小さい接触角θLを与える第二の濡れ性制御物を基板の斜め上方から蒸着する。これにより、図２４（ｂ）に示すように、ミラー溝２４０３底面に高接触角領域２４１２と低接触角領域２４１３のパタンを形成することができる。第一の濡れ性制御物としては、油脂類が使用でき、また第二の濡れ性制御物としては金属蒸着膜が使用できる。
【００１４】
液溜め２４０４より液状硬化物質２４０６を注入し、低接触角領域２４１３を濡れさせることにより、図２４（ｃ）に示すような斜面を得る。このとき斜面の角度θに対して、θL≦θ＜θHが成立している必要がある。液状硬化物質２４０６は、液溜め２４０４から溢れるまで供給する。すると、溢れた液状硬化物質２４０６は、液量調整溝２４１１ａ，２４１１ｂによって回収されるため、液溜め２４０４の表面は、自動的に平均面曲率がゼロに近い平坦な面となる。後に述しく説明するが、液面の平均面曲率は、液の内部圧力と外部圧力（大気圧）との差によって一意に決まる。連接されたミラー溝２４０３内の液の内部圧力は、全体にわたってほぼ等しいため、液面の平均面曲率も全体にわたってほぼ等しくなる。従って、ミラー溝２４０３部分の斜面の表面も自動的に平坦面となる。このような原理により、再現性良く平坦な斜面を得ることができる。最後に、液状硬化樹脂２４０６を硬化させ、斜面に金などの反射膜２４０８を形成することにより光路変換ミラーの完成となる。
【００１５】
この方法では、液量調整溝を設けることにより、液溜めへの液状硬化物質供給量の制御性を向上し、上述した第一の問題を解決している。また、ミラー溝内に高接触角領域と低接触角領域のパタンを形成することにより、上述した第二の問題を解決している。
【００１６】
【特許文献１】特開平９−２６５１５号公報
【特許文献２】特開平９−３１８８５０号公報
【特許文献３】特開２００８−２６４８４号公報
【特許文献４】特開２００７−２４０７８１号公報
【非特許文献１】ドゥジェンヌ他著、奥村剛訳、「表面張力の物理学−しずく、あわ、みずたま、さざなみの世界−」、吉岡書店、２００３、ｐ３２〜３３
【非特許文献２】剣持勝衛著、「曲面論講義  平均曲率一定曲面入門」、培風館、２０００、ｐ３９〜４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
このような光路変換ミラーを用いた光結合系において、導波光は、出力（出射）元からミラーを介して入力（受光）先へ到達するまでの間、導波構造の無い媒質中を伝播することになる。このため、ビームが空間的に広がり、光結合効率が低くなってしまうという問題がある。
【００１８】
このような問題を解決し、高い結合効率を得るためには、例えば、マイクロレンズを光路中に挿入することにより実現可能である。しかし、この方法では、部材のコスト、組立コストが増大し、加えて、界面反射により損失が生じてしまうという問題がある。これに対し、光路変換ミラー自体が適切に制御された面曲率を有する凹面鏡となっていれば、部材コスト及び組立コストを増大させることなく、また過剰損失を生じることなく問題を解決することができる。
【００１９】
しかしながら、特許文献１には、実施例として凹面形状を有するミラー斜面構造が示されてはいるものの、前述の通り曲率、反射角ともに制御手段が低いという問題があった。また、特許文献２では、曲率ゼロの平坦な斜面を有し任意の反射角を有するミラー斜面構造及びその制御性の高い作製法については提供されているものの、任意の面曲率と反射角を同時に得られるようなミラー斜面構造及びその制御性の高い作製方法については提供されていない。一方、上記以外の方法、例えば、機械加工やエッチング加工により任意の面曲率と反射角を同時に得られるようなミラー斜面構造を作製することは困難である。
【００２０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ミラー面が任意の面曲率を有し、かつ任意の反射角を有する光路変換ミラーであって、再現性良く制御可能で、それにより光素子間の高い光結合効率を達成できる光路変換ミラー及びその作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の光路変換ミラーは、光路に平行する底面と、該底面に連接して前記光路を遮断する壁面とに接して形成されたミラー支持体斜面であって、液状硬化物質の表面張力により凹面形状を呈し、前記液状硬化物質を硬化させて形成されたミラー支持体斜面と、該ミラー支持体斜面と前記光路との交点を含む前記ミラー支持体斜面上に形成された反射膜とを備え、前記凹面形状は、前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点における法線と前記光路とを含む前記ミラー支持体斜面の第１の断面と、前記法線を含み前記第１の断面と直交する前記ミラー支持体斜面の第２の断面とにおいて、前記ミラー支持体斜面のそれぞれの断線が凹曲線となるたことを特徴とする。
【００２２】
また、前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点において、前記法線が前記光路となす角度が４５度とすることもできる。
【００２３】
前記光路を伝搬する光ビームの出射点から前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点までの距離ａ、前記底面からの前記壁面の高さＤ、前記法線が前記光路となす角度αとしたとき、前記第１の断面における前記ミラー支持体斜面の断線の曲率半径Ｒ1は、
Ｄ≦Ｒ1≦２ａ／cosα
であることが好適である。
【００２４】
光路変換ミラーは、前記底面に、前記壁面と接し前記液状硬化物質に対し接触角の小さい低接触角領域と、該低接触角領域に接し前記液状硬化物質に対し接触角の大きい高接触角領域とを備え、前記液状硬化物質により、前記低接触角領域と前記壁面とに接して前記ミラー支持体斜面を形成する。
【００２５】
光路変換ミラーは、さらに、前記壁面に接続された流路を介して前記液状硬化物質を供給するための液量調整用プールを備え、前記液状硬化物質の硬化前の状態において、前記凹面形状の平均面曲率と、前記液量調整用プール内の前記液状硬化物質の液面の任意の点における平均面曲率とが等しいことを特徴とする。
【００２６】
光路変換ミラーは、さらに、前記液量調整用プールの一端部に、液量制御用ダムを介して接続された液排出用プールを備え、前記液量制御用ダムは、前記液量調整用プール内の前記液状硬化物質の液面が一定の高さを超過すると、前記液状硬化物質を前記液排出用プールに排出することを特徴とする。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、基板上に、下部クラッド層とコア層と上部クラッド層とが順次積層された光導波回路の一端部に設けられ、光導波路の入出力光を基板上方又は下方に光路変換する光路変換ミラーの作製方法であって、前記光導波路の一端部に上部クラッド上面から少なくともコアよりも深くミラー溝を形成する第一の工程であって、前記ミラー溝の底面に連接して前記光導波路から出射された光ビームの光路を遮断する壁面を形成する第一の工程と、前記ミラー溝の底面に、前記壁面と接し液状硬化物質に対し接触角の小さい低接触角領域と、該低接触角領域に接し前記液状硬化物質に対し接触角の大きい高接触角領域とを形成する第二の工程と、前記ミラー溝の前記低接触角領域と前記壁面とに挟まれた部位に前記液状硬化物質を供給する第三の工程と、前記液状硬化物質の表面張力により凹面形状を呈した状態で、前記液状硬化物質を硬化させてミラー支持体斜面を形成する第四の工程であって、前記凹面形状は、前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点における法線と前記光路とを含む前記ミラー支持体斜面の第１の断面と、前記法線を含み前記第１の断面と直交する前記ミラー支持体斜面の第２の断面とにおいて、前記ミラー支持体斜面のそれぞれの断線が凹曲線となること、前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点を含む領域に反射膜を形成する第五の工程とを備え、前記第三の工程において、前記液状硬化物質の供給量を制御することによって、前記ミラー支持体斜面の前記凹面形状の平均面曲率を制御することを特徴とする。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、基板上に、下部クラッド層とコア層と上部クラッド層とが順次積層された光導波回路の一端部に設けられ、光導波路の入出力光を基板上方又は下方に光路変換する光路変換ミラーの作製方法であって、前記光導波路の一端部に上部クラッド上面から少なくともコアよりも深くミラー溝を形成する第一の工程であって、前記ミラー溝の底面に連接して前記光導波路から出射された光ビームの光路を遮断する壁面に、液状硬化物質を供給するための流路と、該流路に接続された液量調整用プールとを形成する第一の工程と、前記ミラー溝の底面に、前記壁面と接し液状硬化物質に対し接触角の小さい低接触角領域と、該低接触角領域に接し前記液状硬化物質に対し接触角の大きい高接触角領域とを形成する第二の工程と、前記液量調整用プールに前記液状硬化物質を供給して、前記ミラー溝の前記低接触角領域と前記壁面とに挟まれた部位に前記液状硬化物質を供給する第三の工程と、前記液状硬化物質の表面張力により凹面形状を呈した状態で、前記液状硬化物質を硬化させてミラー支持体斜面を形成する第四の工程であって、前記凹面形状は、前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点における法線と前記光路とを含む前記ミラー支持体斜面の第１の断面と、前記法線を含み前記第１の断面と直交する前記ミラー支持体斜面の第２の断面とにおいて、前記ミラー支持体斜面のそれぞれの断線が凹曲線となること、前記ミラー支持体斜面と前記光路との交点を含む領域に反射膜を形成する第五の工程とを備え、前記第三の工程において、前記液状硬化物質の供給量を制御することによって、前記ミラー支持体斜面の前記凹面形状の平均面曲率を制御することを特徴とする。
【００２９】
前記第三の工程は、インクジェット装置を用いて前記液状硬化物質を供給することができ、主剤および硬化剤からなる２液性の液状硬化物質を用いる場合は、２本の異なるノズルを用いて供給し、基板上で混合させることができる。
【００３０】
また、前記第三の工程は、マイクロピペットを用いて前記液状硬化物質を供給することができ、前記液状硬化物質の供給中に液量調整用プールにおける液面高さをモニタすることにより供給量を調整することもできる。
【００３１】
以下に、本明細書において用いる平均面曲率の定義、及び本発明において利用する自然原理について説明する。
【００３２】
液体の表面張力γとその表面の面曲率Ｈ、および液の内部の圧力と外部の圧力との差をΔＰとの間には以下の関係が成立する。
【００３３】
【数１】
0005107785.tif 000002
【００３４】
平均面曲率Ｈとは、着目する曲面上の点ｐにおける二本の互いに直交する接線ベクトルをそれぞれｕ、ｖ、また点ｐにおける法線ベクトルをｎとし、ｕ及びｎを含む平面で該曲面を切断して得られる断面曲線の点ｐにおける曲率半径をＲ1、ｖ及びｎを含む平面で該曲面を切断して得られる断面曲線の点ｐにおける曲率半径をＲ2とした場合、
【００３５】
【数２】
0005107785.tif 000003
【００３６】
で与えられる値である。ここでΔＰは、液の内部圧が外部圧より大きい場合にプラスとなるように取り、またＲ1、Ｒ2は液面が外部に対して凸となるときにプラスとなるようにとる。平均面曲率Ｈは、ｕ、ｖの選び方に依らず一定の値をとるが、Ｒ1、Ｒ2はｕ、ｖの選び方に依って様々な値をとり、Ｒ1、Ｒ2の絶対値の差が最大となるようにｕ、ｖを選んだ場合の１／Ｒ1および１／Ｒ2を、該曲面の点ｐにおける主曲率と呼ぶ。
【００３７】
この式の意味するところを定性的に表現するなら、液表面の平均面曲率は、液の内部圧力と一対一の関係で結ばれ、液内圧が外圧より大きければ液面は凸となり、液内圧が外圧より小さければ液面は凹となるということである。また、ある連続した液面上における平均面曲率の分布については以下のことが言える。平衡状態において、液内部の圧力分布は静水圧のみによって決まる。従って、液面上の各点における平均面曲率は、その点の鉛直方向高さｚにのみ依存し、高さｚの液面における面曲率Ｈ（ｚ）は、ある高さｚ0における液表面の面曲率をＨ0、液の密度をρ、重力加速度をｇとすると以下の式により一意に決まる。
【００３８】
【数３】
0005107785.tif 000004
【００３９】
上式第二項で示される重力による影響は、ここで考えているような光導波路集積ミラーのような構造では無視できる。なぜなら、光導波回路において形成される溝の深さは、一般的に１００μｍ以下である。仮に、｜ｚ−ｚ0｜＝１００μｍとしても、右辺第二項は２．５×１０3［μｍ-1］程度となり、曲率半径４ｃｍ程度に相当する。しかしながら、後述の通り本発明を適用して作成するミラーの曲率半径は、数１００μｍ程度のオーダーであるため、重力の影響による溝内での曲率分布は無視できる大きさといえる。
【００４０】
上記の重力による曲率への影響の見積もりにおいては、密度の大きい液体ほど表面張力も大きく、結果として液の種類に拠らず（γ／ρｇ）1/2〜２ｍｍ程度となることを考慮した。この値は「毛管長」と呼ばれる自然界の特徴的長さとして知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【００４１】
従って、ここで考えているようなミラー構造においては、連続した液面上の平均面曲率はほぼ一定となる。換言すれば、ある一部分が所望の平均面曲率となるように制御すれば、液面の全体がほぼ所望の平均面曲率を有するような曲面を得ることができる。本発明はこの原理を利用したものである。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明したように、本発明によれば、ミラー面が任意の面曲率を有し、かつ任意の反射角を有し、光素子間の高い光結合効率を達成できる光路変換ミラーを得ることができる。この効果は、液状硬化物質の表面張力を用いることによる高い鏡面精度と、平面光導波回路内に一体的に形成することによる導波路との高いアラインメント精度とによる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。実施例１〜９において、光導波回路については、基板としてシリコン基板上に形成されたＳｉＯ2を主成分とするガラスからなる石英系光導波回路を用いる。光導波回路としては、他にも、シリコン系導波路、ポリマー導波路、石英基板上に形成されたガラス導波路などを用いることもできる。クラッド及びコア層は、火炎堆積法により形成することが好ましいが、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により形成しても良い。本実施形態の光導波回路は、下部クラッド層、コア層および上部クラッド層で構成されるが、リッジ型導波路を用いることもできる。
【００４４】
ミラー形成領域の底面及び壁面、液量調整用プール、及び両者を接続する流路はドライエッチング法により作製する。液状硬化物質としては、ここでは２液性エポキシ系接着剤樹脂を用いる。他にもアクリル樹脂等の接着剤樹脂を用いることができるが、極力硬化収縮率が小さく、温度耐性、湿度耐性に優れるものを用いることが望ましい。また、液状硬化物質として、半田等の溶融金属を用いることもできる（例えば、特許文献３参照）。
【００４５】
また、以下に示す実施例では、便宜上ミラー形成領域の底面に対して、上方に光を取り出す構造を挙げているが、逆に上方から光を入射し光軸をミラー形成領域の底面に平行な方向に変換し、光導波路や導波路型フォトダイオードへ入射させることも当然ながら可能である。
【実施例１】
【００４６】
図１に、本発明の実施例１にかかる光路変換ミラーの構造を示す。図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は上面図である。実施例１では、シリコン基板１０１上に、３０μｍの下部クラッド層、６μｍのコア層、２０μｍの上部クラッド層からなる石英系光導波回路内の光導波路の一端部に、幅Ｘ＝１２０μｍ、深さＤ＝４６μｍのミラー溝１０３を形成する。ミラー溝１０３の深さすなわちミラー形成領域の壁面の高さは、コア１０２より深ければよいので、光導波回路の上部クラッド厚さを考えると、典型的には２０〜１００μｍである。
【００４７】
コア１０２の端面と対向する壁面に沿って、液状硬化樹脂１０６を硬化させたミラー支持体斜面１０７が形成されている。ミラー支持体斜面１０７は、コア１０２から出射された光ビームの光路に平行する底面と、この底面に連接して光路を遮断する壁面との間で凹面形状を呈している。ミラー支持体斜面１０７上の光路との交点を含む領域には、金を蒸着した反射膜１０８が形成されている。コア１０２の光軸の延長線と反射膜１０８との交点を点ｐとする。光導波路から出射された光ビームは、点ｐ近傍で反射膜１０８に当たる。点ｐにおけるミラー面の法線ｎは、光導波路の中心軸を含み基板面に垂直な面内に存在し、基板面に対してほぼ４５°の角度をなしている。このためコア１０２から出射された光ビームの光軸は、ほぼ垂直上方に曲げられる。
【００４８】
図２（ａ）は、コア１０２の光軸を含み基板面に垂直な面で切断した断面図である。図２（ａ）中のｓ1−ｓ2は、図１のｓ1−ｓ2に対応する。ミラー支持体斜面１０７の断線の曲率半径Ｒ1は、少なくとも点ｐ近傍において２００μｍとなっている。点ｐにおける法線ｎが基板面となす角度、すなわち入射光軸及び反射光軸の凹面鏡軸に対する傾き角は４５°である。ミラー支持体斜面１０７がミラー溝１０３底面と接する部分の幅Ｗは、コア１０２の光軸の上部クラッド１２２上面からの深さｄ1、コア１０２の光軸のミラー溝１０３底面からの高さｄ2に対し、次の関係式により決められている。
【００４９】
【数４】
0005107785.tif 000005
【００５０】
実施例１では、ｄ1＝ｄ2＝２３μｍであり、上式に基づきＷ＝４７．３μｍとなっている。導波路端部から点ｐまでの距離ａは１４０μｍである。
【００５１】
図２（ｂ）は、法線ｎを含み、図２（ａ）における切断面と直交する面で切断した断面図である。図２（ｂ）中のｔ1−ｔ2は、図１のｔ1−ｔ2に対応する。ミラー支持体斜面１０７の断線は、点ｐ近傍において、曲率半径Ｒ2＝１００μｍの凹曲線となっている。実施例１においては、ミラー面の２軸方向の曲率半径間の関係はＲ1＝Ｒ2／２となっている。これは、凹面ミラーに対して斜め４５度から入射してくる光に対して２軸方向の焦点距離を等しくするためである。その設計の根拠を以下に説明する。
【００５２】
図３は、入射光および反射光が凹面鏡に対し斜めから入射する場合の、凹面鏡の曲率と焦点距離の関係を表す図である。ここでは、近軸光線近似を用いて考える。図３（ａ）に示すように、入射光軸および反射光軸が、凹面鏡軸に対し角度α（０°＜α＜９０°）だけ傾いている状態を考える。ここで凹面鏡軸とは、入射光軸との交点ｐにおける凹面鏡の法線である。凹面鏡軸、入射光軸および反射光軸に対し垂直な方向にｘ軸、凹面鏡軸およびｘ軸に対し垂直な方向にｙ軸を取る。また、凹面鏡軸およびｘ軸を含む平面で凹面鏡を切った断線の、点ｐ近傍における曲率半径をＲx、凹面鏡軸よびｙ軸を含む平面で凹面鏡を切った断線の、点ｐ近傍における曲率半径をＲyとする。
【００５３】
図３（ｂ）は、Ｒyとｙ軸方向の焦点距離ｆyとの関係を表す。光線が入射光軸からｒだけ離れた点で凹面鏡に当たるとき、光線の当たる点における凹面鏡の接線の傾きをφyとすると、光線の当たる点は、凹面鏡軸からはｒ／cosαだけ離れているため、
【００５４】
【数５】
0005107785.tif 000006
【００５５】
となる。入射光軸上の焦点から出射した光線（傾きｒ／ｆy）は、凹面鏡で反射され２φyの角度変化を付与され、反射光軸に平行な光線となるため、以下のようにｆyとＲyの関係を求めることができる。
【００５６】
【数６】
0005107785.tif 000007
【００５７】
図３（ｃ）は、Ｒxとｘ軸方向の焦点距離ｆxとの関係を表す。図の簡略化のため入射光線のみ示し、反射光線は割愛した。入射光線は焦点（焦点距離ｆx）から出射しているものとする。入射光線は、入射光軸からｒだけ離れた点で凹面鏡に当たるとき、光線の当たる点における凹面鏡の接線の傾きをφxとする。また、入射光軸及びｘ軸を含む面をＳ、凹面鏡軸及びｘ軸を含む面をＳ’とする。面Ｓ内の入射光軸及び光線を面Ｓ’に投影すると、投影された焦点距離ｆx’について通常の凹面鏡についての関係式
【００５８】
【数７】
0005107785.tif 000008
【００５９】
が成り立つ。ＳはＳ’に対して角度αだけ傾いているため、結局以下のようにｆxとＲxの関係を求めることができる。
【００６０】
【数８】
0005107785.tif 000009
【００６１】
以上を踏まえ、図１および図２に示した実施例１において、角度αはほぼ４５度であるため、ｆx＝ｆyとするためにＲ2＝Ｒ1・（cos４５°）２＝Ｒ1／２とした。Ｒ1＝２００μｍ、Ｒ2＝１００μｍであるため、焦点距離ｆx＝ｆyは約７１μｍである。ａ＝１４０μｍなので、コア１０２からの出射された光ビームは、点ｐの垂直上方約１４３μｍで焦点を結ぶ。像倍率はほぼ１となるので、焦点における光ビームは、導波路伝播モードのスポットサイズとほぼ同等のサイズまで絞られる。このような設計は、例えば、受光部の有効径２０μｍφのＰＤなど、有効径の小さい光機能素子の実装に適している。
【００６２】
以下に、最適な曲率の範囲について述べる。前提として、本実施形態においては、光路変換ミラーへの入射光軸または光路変換ミラーからの出射光軸の少なくとも一方がミラー溝の底面と実質的に平行である。ここでは、便宜上光路変換ミラーへの入射光軸がミラー溝の底面と平行である場合について説明する。光ビームの出射点をｏ、光ビームの光軸がミラー斜面と交わる点をｐとし、ｏからｐまでの距離をａとする。光ビームの空間広がりを抑え、高効率な光結合を得るには、焦点距離ｆ1はａ以下であることが望ましい。なぜならば、ｆ1がａより大きい場合、光路変換ミラーで反射された光ビームは、空間的に広がってしまう。Ｒ1＝２ｆ1／cosαであるから、Ｒ1は２ａ／cosα以下であることが望ましい。
【００６３】
また、Ｒ1は、ミラー形成領域の壁面の高さＤ（ミラー溝の深さ）以上であることが望ましい。なぜならば、後述するように、ミラー支持体斜面は、液状硬化物質をミラー溝に供給し作製されるが、Ｒ1がＤより小さい場合、必然的に液状硬化物質は壁面の途中までしか濡らしていない状態、すなわち、液の接触線（液体、固体、気体の三相が接する境界線）が壁面上に存在する状態となる。この場合、壁面と液状硬化物質との接触角がミラー支持体斜面全体の形状を決める境界条件となり、接触角は壁面の荒さに依存して大きく変わる。壁面の荒さは制御することが極めて困難であるため、結局、全体の構造も制御困難となる。なお、液状硬化物質が壁面の上端までを濡らしている場合、すなわち液の接触線が壁面とオーバークラッド上面とのエッジと一致している場合には、液状硬化物質と壁面との接触角は境界条件ではなく、他の境界条件すなわち壁面の湾曲形状、液状硬化物質の供給量等に応じて変動するため、壁面荒さによりミラー支持体斜面全体の形状が規定されることはない。以上まとめると、曲率の最適範囲はＤ≦Ｒ1≦２ａ／cosαである。
【００６４】
実施例１における、液状硬化物質からなるミラー支持体斜面の少なくとも硬化前の形状をより詳しく説明する。ミラー支持体斜面１０７の面形状は、近似的に、アンデュロイドと呼ばれる曲面の一部である。アンデュロイドは、平均面曲率がマイナス（回転軸から見て外側へ凸）で、曲面全体にわたり一定、かつ、ある点ｐにおいて直交する２軸方向についての曲率半径をＲ1、Ｒ2としたとき、Ｒ1≠０、Ｒ2≠０、Ｒ1≠Ｒ2という条件を満たす回転面である。幾何学的には、平面内で楕円を直線上で転がしたとき、その焦点の１つが描く軌跡をｔとすると、曲線ｔを該直線の周りに回転させることで生成される曲線がアンデュロイドである。曲線ｔは周期的な波状曲線であるので、アンデュロイドも全体としては回転軸に沿って太さが周期的に変わる筒のような形状となる（例えば、非特許文献２参照）。
【００６５】
図２５に、実施例１におけるミラー支持体斜面の形状を与える曲面Ｕを示す。曲面Ｕは平均面曲率７．５×１０-3μｍ-1、回転軸まわりの最大半径１００μｍのアンデュロイドの一部であり、その回転軸は入射光軸および反射光軸に対し４５°傾いている。入射光軸および反射光軸が曲面Ｕと交わる点をｐとする。点ｐにおける曲面Ｕの法線ｎは、入射光軸および反射光軸と同一平面内にあり、それぞれと４５°の角をなしている。回転軸と法線ｎは直交している。回転軸から点ｐまでの距離は１００μｍである。ここで示した点ｐおよび法線ｎは、図１および図２における点ｐおよび法線ｎと同一である。
【００６６】
図２６を参照して、曲面Ｕの点ｐ近傍における２軸方向の曲率半径について説明する。図２６（ａ）の斜視図に示すとおり、回転軸をｙ軸、法線ｎを含む軸をｚ軸とし、両者に直交する軸をｘ軸とする。ｙｚ平面で曲面Ｕを切断した断線をＣ1、およびｘｚ平面で曲面Ｕを切断した断線をＣ2とする。図２６（ｂ）に、ｙｚ平面上のＣ1および比較のための半径２００μｍの円を示す。Ｃ1は直線上を転がる楕円の焦点の軌跡ｔそのものであり、その点ｐにおける曲率半径Ｒ1は２００μｍである。また、点ｐ近傍においてはほぼ半径２００μｍの円で近似できるような形状であることがわかる。図２６（ｃ）に、ｘｚ平面上のＣ2を示す。Ｃ2は半径１００μｍの円であり、当然ながら点ｐにおける曲率半径Ｒ2は１００μｍである。
【００６７】
図２７を参照して、ミラー支持体斜面を構成するミラー溝の底面および壁面との境界線の形状を説明する。図２７（ａ）は、ミラー支持体斜面１０７を含む曲面Ｕの斜視図であり、図２７（ｂ）は、ｘ軸方向から見た側面図である。反射光軸を鉛直方向に取ったとき、入射光軸を鉛直下方に距離ｄ2だけ平行移動した軸をｕ軸、入射光軸を鉛直上方に距離ｄ1だけ平行移動した軸をｕ’軸とする。ｄ1、ｄ2は図２（ａ）中のｄ1、ｄ2と同一であり、ｄ1＝２３μｍ、ｄ2＝２３μｍである。ｕ軸及びｕ’軸は回転軸に対し４５°傾いている。ｕ軸と回転軸の交点を通り、ｕ軸および回転軸と直交する方向にｖ軸を取り、同様にｕ’軸と回転軸の交点を通り、ｕ’軸および回転軸と直交する方向にｖ’軸を取る。ｕｖ平面で曲面Ｕを切断した断線をＣ3とし、ｕ’ｖ’平面で曲面Ｕを切断した断線をｕｖ平面に投影したもの（すなわち、該断線を鉛直下方にｄ1＋ｄ2だけ平行移動したもの）をＣ4とする。
【００６８】
図２７（ｃ）に、ｕｖ平面上のＣ3およびＣ4を示す。ここに示すＣ3およびＣ4は、数値計算によって求めた。ｕ軸すなわち直線ｖ＝０上でのＣ3とＣ4の間の距離Ｗは、図２（ａ）のＷと同一であり、Ｗ＝４７．３μｍである。図２７（ｄ）は、実施例１にかかる光路変換ミラーの上面図であり、Ｃ3およびＣ4とミラー支持体斜面１０７の形状との関係を示す。少なくともコア１０２から入射される光ビームの光軸近傍においては、ミラー支持体斜面１０７とミラー溝１０３底面との境界線はＣ3に沿っており、ミラー支持体斜面１０７とコア１０２と対向する壁面との境界線はＣ4に沿っている。
【００６９】
図１〜３に示したミラー支持体斜面の形状はあくまで一例である。ミラー支持体斜面の形状は、回転面に限る必要は無いので、アンデュロイド以外にも様々な形状が可能である。本発明の原理を用いれば、少なくとも硬化前の形状に関して、平均面曲率が一定であるような曲面であれば、設計次第であらゆる形状のミラー支持体斜面を作製することができる。
【００７０】
図４に、実施例１の光路変換ミラーの作製方法を示す。図４（ａ）に示すように、ドライエッチングにより、光導波路の一端部にミラー溝１０３を形成する。光導波路のコア１０２と対向する、ミラー溝１０３の壁面は、図２７（ｃ）に示した曲線Ｃ4に沿う曲線となるよう設計する。
【００７１】
次に、図４（ｂ）に示すように、ミラー溝１０３の壁面及び底面に、液状硬化樹脂１０６に対して大きい接触角を与えるフッ素系の表面処理剤１３１を塗布する。液状硬化樹脂１０６を停止させるべき線を境に、光導波路と対向する壁面側が液状硬化樹脂１０６に対して接触角が小さい領域、光導波路側が液状硬化樹脂１０６に対して接触角が大きい領域となるようパタニングする。液状硬化樹脂１０６を停止させるべき線は、図２７（ｃ）に示した曲線Ｃ3に沿う曲線となるよう設計する。ここで、ミラー溝１０３の湾曲した壁面から撥水パタン境界までの距離Ｗを、図２７（ｃ）に示した適切な値となるようパタニングすることにより、所望の面曲率及び反射角を有するミラーを形成することができる。
【００７２】
表面処理剤１３１の塗布は、スピンコーティングもしくはスプレーコーティングによって行う。パタニングは、感光性の撥水表面処理剤を、露光マスクを用いて露光・現像する（例えば、特許文献４参照）。また、特許文献４に示されているように、蒸着マスクを用いて撥水処理のための表面処理剤を、蒸着又はスパッタリングする方法等を用いることができる。
【００７３】
続いて図４（ｃ）に示すように、ミラー溝１０３にインクジェットノズル１５１から液状硬化樹脂１０６を供給し、ミラー支持体斜面１０７を形成する。ここで用いるインクジェット法の詳細は、図５を参照しつつ後述する。インクジェット法を用いれば、液滴の吐出回数の制御により、液状硬化樹脂１０６の供給量を、数ｐｌ〜数十ｐｌ単位で制御することができる。実施例１では、ミラー支持体斜面１０７の体積は、約１３０ｐｌであるため、インクジェットの吐出条件を精密に調整した上で、数発〜数十発の液滴を供給することにより、所望の曲率を有するミラー支持体斜面１０７を形成することができる。実際には、ダミーパタン等を用いて、あらかじめ最適なインジジェット吐出条件を出しておくことが望ましい。
【００７４】
最後に、液状硬化樹脂１０６を硬化させ、図４（ｄ）に示すようにミラー支持体斜面１０７上にＣｒ等を下地としてＡｕを蒸着することにより反射膜１０８を形成し、光路変換ミラーを完成させる。
【００７５】
図５に、実施例１にかかる光路変換ミラーの作製方法の一工程であるインクジェット法による樹脂供給の方法を示す。実施例１では、液状硬化樹脂１０６として２液性の熱硬化型エポキシ樹脂を用いる。インクジェット吐出装置は、熱硬化型エポキシ樹脂の主剤を充填するタンク５０２ａと、熱硬化型エポキシ樹脂の硬化剤を充填するタンク５０２ｂと、液を吐出するノズル５０３ａ、５０３ｂと、タンクとノズルを接続するチューブ５０４ａ、５０４ｂと、それらを外部から加熱することで液の粘度を調整するヒータとを、それぞれ２セットを備える。表面処理剤のパタンが形成された光導波回路ウェハ５０６は、ノズル直下に設置されたヒータ付き水平可動ステージ５０５上に固定する。
【００７６】
主剤および硬化剤の吐出は、ノズル５０３ａ、５０３ｂをピエゾ素子によって収縮させることにより行う。ピエゾ素子は、電圧パルスによって駆動され、入力されるパルス数により液滴の発数を制御し、それにより吐出量を制御する。液滴一滴あたりの液量は、駆動パルス条件や樹脂の種類、ヒータ温度によって変化するが、最小で５ｐｌ程度である。このことから、精度良く曲率制御を行うためには、液の総吐出量、すなわちミラー支持体斜面１０７の総容積Ｖは１００ｐｌ以上とすることが望ましい。
【００７７】
総容量Ｖの最適な範囲については、主剤および硬化剤の供給手段における供給量の制御精度を±δＶとすると、総容量ＶはδＶの２０倍以上であることが望ましい。δＶ＜Ｖ／２０とすることにより、図９を参照して後述するが、実施例２と同様にミラー支持体斜面の曲率のズレを数％に抑えることができる。当然ながら総容量Ｖは大きければ大きいほど液供給量ずれに対するトレランスが大きくなるため望ましい。従って、総容量Ｖの最適範囲の上限については、本発明を利用する光回路、光モジュール等のデザインに依存する設計事項である。
【００７８】
熱硬化型エポキシ樹脂の供給時には、タンク、チューブ、ノズルを取り囲むヒータを用いて、主剤および硬化剤を加熱することにより粘度を調整する。インクジェット吐出に適した粘度は、一般的には１０ｃｐｓ以下である。主剤および硬化剤の温度を安定させた後、光導波回路ウェハ５０６上のミラー溝へ主剤、硬化剤を交互に吐出する。このとき水平可動ステージ５０５のヒータによりウェハも加熱しておき、供給された熱硬化型エポキシ樹脂の光導波回路ウェハ５０６上での流動性を確保する。供給された主剤及び硬化剤は、液量調整用プールからミラー溝へ流入する過程で自然に混合する。主剤および硬化剤の吐出量（供給量）は、合計量が所望のミラー曲率を得るために適切な量となると同時に、両者の比が硬化に適切な混合比となるよう制御する。
【００７９】
このように２液性硬化樹脂を用い、主剤および硬化剤を個別に吐出し、光導波回路ウェハ５０６上で混合させることのメリットは、インクジェットノズル内で樹脂の硬化反応が進行し得ない点である。熱硬化型エポキシ樹脂の粘度を、インクジェット吐出に適した値まで低下させるためには、熱硬化型エポキシ樹脂の硬化温度に近い温度、場合によっては硬化温度を上回る温度まで樹脂を加熱する必要がある。１液性の熱硬化樹脂やあらかじめ混合された２液性熱硬化樹脂を用いると、ノズル内で硬化反応が進行してしまう。このため、吐出条件の経時変化やノズルの目詰まり等が発生し、安定した樹脂供給を行うことができない。２液性熱硬化樹脂を個別に吐出すれば、このような問題を回避することができる。なお、ノズル内での硬化反応進行を回避する他の方法としては、ＵＶ硬化樹脂を用い暗環境で吐出を行う方法もある。
【００８０】
以上述べたように、実施例１によれば、平面光導波回路内に、面曲率と反射角が任意の値に精度よく制御された曲面状の光路変換ミラーを得ることができる。
【実施例２】
【００８１】
図６に、本発明の実施例２にかかる光路変換ミラーの構造を示す。図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は上面図である。実施例２の光導波路の構造は実施例１と同様であり、シリコン基板６０１上に、３０μｍの下部クラッド層、６μｍのコア層、２０μｍの上部クラッド層からなる石英系光導波回路内の光導波路の一端部に、幅Ｘ＝１２０μｍ、深さＤ＝４６μｍのミラー溝６０３を形成する。コア６０２の端面と対向する壁面に沿って、液状硬化樹脂６０６を硬化させたミラー支持体斜面６０７が形成されている。ミラー支持体斜面６０７は、凹面形状を呈している。ミラー支持体斜面６０７には、金を蒸着した反射膜６０８が形成されている。コア６０２の光軸の延長線と反射膜６０８との交点を点ｐとする。
【００８２】
ミラー溝６０３には、流路６０４を介して、縦幅Ｘ’＝１００μｍ、横幅Ｙ’＝５００μｍ、深さＤ＝４６μｍの直方体形状の液量調整用プール６０５が接続されている。液量調整用プール６０５の容積は、Ｘ’×Ｙ’×Ｄ＝２３００ｐｌである。液量調整用プール６０５内部にも硬化させられた液状硬化樹脂６０６が存在し、その表面は凹面形状を呈している。この液状硬化樹脂６０６表面上の点であって、液量調整用プール６０５を上面から見た場合の中心点にあたる点を点ｑとする。点ｑにおける液状硬化樹脂６０６表面の法線ｎ’は、基板面とほぼ垂直である。
【００８３】
図７（ａ）は、コア６０２の光軸を含み基板面に垂直な面で切断した断面図である。図７（ａ）中のｓ1−ｓ2は、図６のｓ1−ｓ2に対応する。ミラー支持体斜面６０７の断線の曲率半径Ｒ1は、少なくとも点ｐ近傍において２００μｍとなっている。点ｐにおける法線ｎが基板面となす角度、すなわち入射光軸及び反射光軸の凹面鏡軸に対する傾き角は４５°である。ミラー支持体斜面６０７がミラー溝６０３底面と接する部分の幅Ｗは４７．３μｍ、コア６０２の光軸の上部クラッド６２２上面からの深さｄ1は２３μｍ、コア６０２の光軸のミラー溝６０３の底面からの高さｄ2はＤ−ｄ1＝２３μｍ、導波路端部から点ｐまでの距離ａは１４０μｍである。
【００８４】
図７（ｃ）は、法線ｎを含み、図７（ａ）における切断面と直交する面で切断した断面図である。図７（ｃ）中のｔ1−ｔ2は、図６のｔ1−ｔ2に対応する。ミラー支持体斜面６０７の断線は、点ｐ近傍において、曲率半径Ｒ2＝１００μｍの凹曲線となっている。
【００８５】
図７（ｂ）は、法線ｎ’を含み、液量調整用プール６０５の長さＹ’の長辺に平行な面で切断した断面図である。図７（ｂ）中のｓ1’−ｓ2’は、図６のｓ1’−ｓ2’に対応する。液量調整用プール６０５の長さＹ’が充分長いため、液状硬化樹脂６０６表面の断線は、点ｑ近傍でほぼ曲率ゼロすなわち曲率半径Ｒ1’＝∞の直線となっている。
【００８６】
図７（ｄ）は、法線ｎ’を含み、液量調整用プール６０５の長さＸ’の短辺に平行な面で切断した断面図である。図７（ｄ）中のｔ1’−ｔ2’は、図６のｔ1’−ｔ2’に対応する。液状硬化樹脂６０６表面の断線は、点ｑ近傍で曲率半径Ｒ2’＝６７μｍの凹曲線となっている。
【００８７】
実施例２の構造においては、ミラー支持体斜面６０７上の点ｐにおける平均面曲率Ｈと、液量調整用プール６０５内の液状硬化樹脂６０６表面上の点ｑにおける平均面曲率Ｈ’との間に以下の関係が成り立っている。
【００８８】
【数９】
0005107785.tif 000010
【００８９】
このような構造は、上述の原理、すなわち、深さ＜１００μｍ程度の溝内において、連続した液面は、全体にわたってほぼ面曲率が等しくなるという原理を利用して作製することができる。
【００９０】
なお、この平均面曲率一定の関係は、硬化前の液状硬化樹脂の形状について成立するものであり、硬化後の形状については必ずしも成立しない。これは、硬化時の収縮等により多少の曲率変化が生じるためである。このような形状の曲率変化は、用いる樹脂の種類や硬化条件ごとに異なるため、実験的に求め、設計にフィードバックすることが望ましい。
【００９１】
図８に、実施例２の光路変換ミラーの作製方法を示す。図８（ａ）に示すように、ドライエッチングにより、光導波路の一端部にミラー溝６０３、液量調整用プール６０５およびこれらを接続する流路６０４を同時に形成する。光導波路のコア６０２と対向する、ミラー溝６０３の壁面は、図２７（ｃ）に示した曲線Ｃ4に沿う曲線となるよう設計する。
【００９２】
次に、図８（ｂ）に示すように、ミラー溝６０３の壁面及び底面に、液状硬化樹脂６０６に対して大きい接触角を与えるフッ素系の表面処理剤６３１を塗布する。液状硬化樹脂６０６を停止させるべき線を境に、光導波路と対向する壁面側が液状硬化樹脂６０６に対して接触角が小さい領域、光導波路側が液状硬化樹脂６０６に対して接触角が大きい領域となるようパタニングする。液状硬化樹脂６０６を停止させるべき線は、図２７（ｃ）に示した曲線Ｃ3に沿う曲線となるよう設計する。ここで、ミラー溝６０３の湾曲した壁面から撥水パタン境界までの距離Ｗを、図２７（ｃ）に示した適切な値となるようパタニングすることにより、所望の面曲率及び反射角を有するミラーを形成することができる。
【００９３】
続いて図８（ｃ）のように、液量調整用プール６０５にインクジェットノズル６５１から液状硬化樹脂６０６を供給する。ここで用いるインクジェット法は、図５に示した実施例１と同様である。液状硬化樹脂６０６は、流路６０４を介してミラー溝６０３へ流れ込み、ミラー支持体斜面６０７を形成する。このとき、液量調整用プール６０５の液面が、図７（ｄ）で示したような曲率半径Ｒ2’＝６７μｍの凹曲線となるように、液状硬化樹脂６０６の供給量を調整する。
【００９４】
上述の通りインクジェット法を用いれば、液滴の吐出回数を制御することにより、液状硬化樹脂６０６の供給量を、数〜数十ｐｌ単位で制御することができる。液量調整用プール６０５の容積は、２３００ｐｌと、インクジェット液滴の容量に対して充分大きいため、実施例２においては、インクジェットの吐出回数によって樹脂供給量を所望の値に正確に合わせることができる。これにより、実施例１に比べさらに精度良く液面の曲率半径を制御することが可能となる。
【００９５】
樹脂の供給量を、液量調整用プール６０５を満たさない、すなわち中央部の液状硬化樹脂６０６の液面高さが、上部クラッド６２２の上面より低くなるような量とすれば、液状硬化樹脂６０６の液面は必ず凹面となる。なぜならば、液量調整用プール６０５の壁面は、液状硬化樹脂６０６に対して小さい接触角を与えるガラス面が露出している。このため、液状硬化樹脂６０６は壁面全体を濡らし、壁面に接する部分では液面は、上部クラッド６２２の上面まで達する。この壁面に接する部分の液面と、液量調整用プール６０５の中央部の液面とを含む液面全体の形状は、連続した液面の面曲率が全体にわたってほぼ等しくなることから、凹曲面形状となる。液状硬化樹脂６０６の供給量と液面の曲率との関係については、図９を参照して後述する。
【００９６】
最後に、液状硬化樹脂６０６を硬化させ、図８（ｄ）に示すようにミラー支持体斜面６０７上にＣｒ等を下地としてＡｕを蒸着することにより反射膜６０８を形成し、光路変換ミラーを完成させる。
【００９７】
図９に、液状硬化樹脂の供給量と液量調整用プールの曲率半径Ｒ2’との関係を示す。図７（ｄ）に示したように、Ｒ2’＝６７μｍとするためには、液状硬化樹脂６０６の供給量は、約１８００ｐｌとすればよい。また、液量調整用プール６０５の容積が充分大きいため、液状硬化樹脂６０６の供給量がインクジェットによる液滴一滴あたりの液量５〜３０ｐｌに対し充分大きい。しかし、例えば、供給量が所望の値から±５０ｐｌ外れたとしても、Ｒ2’のズレは±６％程度（±４μｍ程度）と充分小さい。
【００９８】
なお、特許文献４の実施例５および実施例６には、基板平面内で湾曲した光路変換ミラーが示されている。一見、本願の実施例２と類似する構造となっているが、特許文献４では、液状硬化樹脂の供給量の制御及びそれによる面曲率の制御を行うための構造及び方法について言及しているわけではない。より具体的には、特許文献４の実施例５および実施例６においては、ミラー溝の壁面を基板平面内で湾曲させることにより、近似的に本願の図７に示したＲ2に相当する曲率が規定される。
【００９９】
しかしながら、特許文献４においては、Ｒ1に相当する曲率については、任意の値に制御することができない。先に述べた通り、平均面曲率１／Ｒ1＋１／Ｒ2は、液状硬化樹脂の供給量によって決まるため、Ｒ2だけを規定した場合、Ｒ1が樹脂供給量によって変化するからである。例えば、特許文献２に記載された液量調整溝を用いて、平均面曲率ゼロの平坦面を自動的に得る方法を用いた場合、１／Ｒ1＋１／Ｒ2＝０よりＲ1の符号はＲ2と逆になる。従って、ミラー支持体斜面は、図２（ａ）または図７（ａ）に示す曲率半径Ｒ1の斜面が凸面となって、ビーム広がりを助長してしまう。
【０１００】
一方、図２（ｂ）または図７（ｂ）に示す曲率半径Ｒ2の斜面は凹面であるため、ミラーアレイにおいて隣接チャネル間の光クロストークを抑制したい場合に有効でいる。しかしながら、本願の目的とするところの任意の面曲率を有する光路変換ミラーを実現することはできない。例えば、受光径の小さいフォトダイオードと、高効率の結合を達成したい場合など、２軸両方向について光ビームを絞る必要がある場合には、特許文献４の構成を適用することができない。
【０１０１】
以上述べたように、実施例２によれば、平面光導波回路内に、面曲率と反射角が任意の値に精度よく制御された曲面状の光路変換ミラーを得ることができる。
【実施例３】
【０１０２】
図１０に、本発明の実施例３にかかる光路変換ミラーの構造を示す。図１０（ａ）は斜視図、図１０（ｂ）は上面図である。実施例３の光導波路の構造は実施例１と同様であり、シリコン基板１００１上に、３０μｍの下部クラッド層、６μｍのコア層、２０μｍの上部クラッド層からなる石英系光導波回路内の光導波路の一端部に、幅Ｘ＝１２０μｍ、深さＤ＝４６μｍのミラー溝１００３を形成する。コア１００２の端面と対向する壁面に沿って、液状硬化樹脂１００６を硬化させたミラー支持体斜面１００７が形成されている。ミラー支持体斜面１００７は、凹面形状を呈している。ミラー支持体斜面１００７には、金を蒸着した反射膜１００８が形成されている。
【０１０３】
ミラー溝１００３には、流路１００４を介して、直方体形状の液量調整用プール１００５が接続されている。さらに、液量調整用プール１００５には、液量制御用ダム１０１２を介して液排出用プール１０１１が接続されている。液量調整用プール１００５と液排出用プール１０１１の底面の深さは等しい。実施例２と同様に、ミラー支持体斜面１００７における平均面曲率と、液量調整用プール１００５内の液面における平均面曲率との間には、式（４）の関係が成り立っている。
【０１０４】
図１１に、実施例３の光路変換ミラーの作製方法を示す。図１１（ａ）に示すように、第一段階のドライエッチングにより、光導波路の一端部にミラー溝１００３、流路１００４、液量調整用プール１００５、および液量調整用プール１００５と連接しない液排出用プール１０１１を、最終的に必要な深さより浅く形成する。光導波路のコア１００２と対向する、ミラー溝１００３の壁面は、図２７（ｃ）に示した曲線Ｃ4に沿う曲線となるよう設計する。
【０１０５】
次に、図１１（ｂ）のように、第二段階のドライエッチングにより、ミラー溝１００３、流路１００４、液量調整用プール１００５、液排出用プール１０１１、および液量調整用プール１００５と液排出用プール１０１１とを隔離している部分も含めて掘り込む。このように二段階のエッチングを行うことにより、液量調整用プール１００５と液排出用プール１０１１との間に、液量制御用ダム１０１２を形成することができる。
【０１０６】
液量制御用ダム１０１２の深さは、第一段階及び第二段階のエッチングの掘り込み量によって調整することができる。第一段階のエッチングの掘り込み量は、ミラー溝１００３等に必要な深さから、液量制御用ダム１０１２の深さを差し引いた値である。第二段階のエッチングの掘り込み量は、液量制御用ダム１０１２の深さそのものである。
【０１０７】
次に、図１１（ｃ）に示すように、ミラー溝１００３の壁面及び底面に、フッ素系表面処理剤のパタニングを行う。この工程に関しては、図８（ｂ）に示した実施例２における工程と同様である。
【０１０８】
続いて、図１１（ｄ）に示すように、液量調整用プール１００５にガラス製のマイクロピペット１０５１を用いて液状硬化樹脂１００６を供給する。２液性の熱硬化型エポキシ樹脂を所定の混合比で混合した後、マイクロピペット１０５１に充填し、空気圧もしくは油圧で後部から押出すことにより供給を行う。液量調整用プール１００５には、液量制御用ダム１０１２が接続されているため、液状硬化樹脂１００６の液面がある高さを越えると、液状硬化樹脂１００６が液排出用プール１０１１へ排出され、液面の高さが自動的に一定となる。
【０１０９】
このとき、液状硬化樹脂１００６の供給量が多すぎると、液排出用プール１０１１へ排出された樹脂の液面高さが、液量制御用ダム１０１２の高さに届いてしまう。このような場合、液量調整用プール１００５側の液状硬化樹脂１００６の液面の高さに影響するので、液排出用プール１０１１へ液状硬化樹脂１００６がわずかに排出された時点で、供給を停止することが望ましい。なお、この方法では、仮に過剰供給してしまった場合でも、マイクロピペットに後部から負圧をかけることにより樹脂を一旦吸引し、再度供給を行うことで、修正することができる。
【０１１０】
最後に、液状硬化樹脂１００６を硬化させ、図１１（ｅ）に示すようにミラー支持体斜面１００７上にＣｒ等を下地としてＡｕを蒸着することにより反射膜１００８を形成し、光路変換ミラーを完成させる。
【０１１１】
図１２に、液量調整用プールの中心部分の液状硬化樹脂の液面高さと液面の曲率との関係を示す。液量調整用プール１００５は、縦幅Ｘ’＝１００μｍ、横幅Ｙ’＝５００μｍ、深さＤ＝４６μｍの直方体形状とした。図のように、液状硬化樹脂１００６の液面の高さが決まれば、液量調整用プール１００５における曲率半径Ｒ2’が決まる。従って、液量制御用ダム１０１２の深さを適切な値設定しておけば、液状硬化樹脂１００６の供給量の精度に依らず、所望の液面高さを精度良く得ることができる。これによって、所望の面曲率を有するミラー支持体斜面１００７を精度良く得ることができる。
【実施例４】
【０１１２】
図１３に、本発明の実施例４にかかる光路変換ミラーの構造を示す。図１３（ａ）は斜視図、図１３（ｂ）は上面図である。実施例４の光導波路の構造は実施例１と同様であり、シリコン基板１３０１上に、３０μｍの下部クラッド層、６μｍのコア層、２０μｍの上部クラッド層からなる石英系光導波回路内の光導波路の一端部に、幅Ｘ＝１２０μｍ、深さＤ＝４６μｍのミラー溝１３０３を形成する。コア１３０２の端面と対向する壁面に沿って、液状硬化樹脂１３０６を硬化させたミラー支持体斜面１３０７が形成されている。ミラー支持体斜面１３０７は、凹面形状を呈している。ミラー支持体斜面１３０７には、金を蒸着した反射膜１３０８が形成されている。
【０１１３】
ミラー溝１３０３には、流路１３０４を介して、直方体形状の液量調整用プール１３０５が接続されている。さらに、液量調整用プール１３０５には、液量制御用ダム１３１２を介して液排出用プール１３１１が接続されている。液量調整用プール１３０５と液排出用プール１３１１の底面の深さは等しい。実施例２と同様に、ミラー支持体斜面１３０７における平均面曲率と、液量調整用プール１３０５内の液面における平均面曲率との間には、式（４）の関係が成り立っている。
【０１１４】
図１４に、実施例４の光路変換ミラーの作製方法を示す。図１４（ａ）に示すように、ドライエッチングにより、光導波路の一端部にミラー溝１３０３、流路１３０４、液量調整用プール１３０５、液量調整用ダム１３１２および液排出用プール１３１１を同時に形成する。光導波路のコア１３０２と対向する、ミラー溝１３０３の壁面は、図２７（ｃ）に示した曲線Ｃ4に沿う曲線となるよう設計する。
【０１１５】
液量調整用ダム１３１２の部分は、ドライエッチングに使用するマスクパタンの空隙の幅を、極端に狭くしておく。これにより、エッチング時にエッチングガスが浸透しにくくなるため、液量調整用ダム１３１２などの周囲の幅の広いパタンの部分に比べて浅い溝が自動的に形成される。液量調整用ダム１３１２の溝の深さは、マスクパタンの空隙の幅によって制御することができる。液量調整用ダム１３１２液排出用プール１３１１との接続部は、徐々に幅を広げ、溝の深さも徐々に深くなるようにしておく。これにより、液量調整用プール１３０５から排出された余分な樹脂を、液排出用プール１３１１へスムーズに流すことができる。
【０１１６】
次に図１４（ｂ）に示すように、ミラー溝１３０３の壁面及び底面に、フッ素系表面処理剤のパタニングを行う。この工程に関しては、図８（ｂ）に示した実施例２における工程と同様である。
【０１１７】
続いて、図１４（ｄ）に示すように、液量調整用プール１３０５にガラス製のマイクロピペット１３５１を用いて液状硬化樹脂１３０６を供給する。実施例３と同様に、液量制御用ダム１３１２により余分な液状硬化樹脂１３０６が液排出用プール１３１１へ排出される。これにより、液量調整用プール１３０５における液状硬化樹脂１３０６の液面の面高さが自動的に一定となり、所望の面曲率を有するミラー支持体斜面１３０７を精度良く得ることができる。
【０１１８】
最後に、液状硬化樹脂１３０６を硬化させ、図１４（ｄ）に示すようにミラー支持体斜面１３０７上にＣｒ等を下地としてＡｕを蒸着することにより反射膜１３０８を形成し、光路変換ミラーを完成させる。
【実施例５】
【０１１９】
図１５に、本発明の実施例５なかかる光路変換ミラーの作製方法を示す。光路変換ミラーの構造は、実施例２と同じである。実施例５は、図８に示した作製方法のうち、図８（ｃ）の工程のみが異なる。すなわち、液量調整用プール６０５に液状硬化樹脂６０６を供給する方法が異なる。
【０１２０】
まず、液量調整用プール６０５にマイクロピペット６４１から液状硬化樹脂６０６を供給する。目視で適当な量まで供給した後、一旦マイクロピペット６４１を引き上げる。レーザ変位計６４２を用いて、液量調整用プール６０５の中央部における液状硬化樹脂６０６の液面高さを測定し、再び、マイクロピペット６４１を用いて、液状硬化樹脂６０６の供給量を調節する。マイクロピペット６４１にかける圧の調整により、液状硬化樹脂６０６の供給・吸引の両方が可能であるため、図１５（ａ）および（ｂ）の作業を繰り返すことにより、液量調整用プール６０５の中央部における液面の高さを所望の値に合せこむ。
【０１２１】
これにより、図７（ｄ）で示した液量調整用プール６０５の液面を得ることができれば、所望の面曲率を有するミラー支持体斜面６０７を精度良く得ることができる。なお、液状硬化樹脂６０６の供給量を制御する精度の観点から、液量調整用プール６０５の容積は大きければ大きいほど良い。従って、ウェハ内で可能な限り流路６０４および液量調整用プール６０５を引き回すような構成も有効であり、また液量調整用プール６０５の液量をモニタするためのプールを複数設けて、供給量を制御する際の精度を向上させることも有効である。
【実施例６】
【０１２２】
図１６（ａ）に、本発明の実施例６にかかる光路変換ミラーの構造を示す。図６（ａ）に示した実施例２にかかる光路変換ミラー６００ａ〜６００ｄが、２５０μｍの間隔でアレイ状に配置され、一例として、４チャネルのインラインモニタ回路を構成する。４本の入力導波路を、光カプラによりそれぞれスルー導波路６６１ａ〜６６１ｄとモニタ導波路６６２ａ〜６６２ｄに２分岐する。モニタ導波路６６２ａ〜６６２ｄには、パワーモニタ用のＰＤを接続し、スルー導波路６６１ａ〜６６１ｄは、他の光回路に接続される。図に示したように、各スルー導波路６６１ａ〜６６１ｄの間に、光路変換ミラー６００ａ〜６００ｄを設置する。光路変換ミラー６００ａ〜６００ｄの幅（図６（ｂ）における幅Ｘ）は１２０μｍとすると、各光路変換ミラーの間には、幅１３０μｍのスペースができる。
【０１２３】
光路変換ミラー６００ａ〜６００ｄの上部に、受光部の有効径が８０μｍφのパワーモニタ用のＰＤが２５０μｍ間隔で４個集積されたＰＤアレイ素子を搭載する。モニタ導波路６６２ａ〜６６２ｄから出射された光ビームの光軸は、ほぼ垂直上方に曲げられ、ＰＤアレイ素子の各ＰＤに結合する。このようにして、多チャネルのインラインモニタ回路をコンパクトな形態で実現することを想定している。
【０１２４】
光路変換ミラー６００ａ〜６００ｄの構造は、実施例２と同じだが、図７（ａ）に示したコア６０２の端面から点ｐまでの距離ａは７１μｍである。上述の通り、光路変換ミラーの焦点距離は７１μｍなので、出射ビームはほぼ平行ビームとなり回折広がりを最小限に抑えることができる。
【０１２５】
実施例６のように、受光部の有効径の大きい光機能素子を実装する場合には、必ずしも導波路伝播モードと同等程度までスポットを絞る必要は無い。むしろ、像倍率を大きくし、回折広がりを小さくすることにより、光路変換ミラーからの距離のズレ、回路面内方向の実装ズレに対するトレランスを向上させることができる。さらに、隣接チャネル間の光クロストークを低減することができる点で、メリットが大きい。
【０１２６】
図１６（ｂ）は、作製工程のうち液状硬化樹脂の供給工程を示している。個々の光路変換ミラーの作成工程は、基本的には図８に示した実施例２の場合と同様である。図８（ｃ）に示した実施例２では、液量調整用プール６０５にインクジェットノズル６５１から液状硬化樹脂６０６を供給する。実施例６では、ウェハを乗せた可動ステージを駆動することにより、複数の光路変換ミラー６００ａ〜６００ｄの液量調整用プールに、順次、液状硬化樹脂を供給する。複数の光路変換ミラーに対して、液状硬化樹脂の供給を１つの工程で行うことができる。手動で液状硬化樹脂供給を行う場合に対して、作業時間の大幅な短縮を図ることができる。
【実施例７】
【０１２７】
図１７（ａ）に、本発明の実施例７にかかる光路変換ミラーの構造を示す。光路変換ミラー１７００ａ〜１７００ｄが、２５０μｍの間隔でアレイ状に複数配置されている。ミラー溝、ミラー支持体斜面、反射膜の構成は、実施例２に同じである。光路変換ミラー１７００ａ〜１７００ｄの流路１７０４ａ〜１７０４ｄが、１つの液量調整用プール１７０５に接続されている。さらに、長い流路を介して液量モニタ用プール１７１３が接続されている。
【０１２８】
光路変換ミラー１７００ａ〜１７００ｄの上部に、受光部の有効径が８０μｍφのパワーモニタ用のＰＤが２５０μｍ間隔で４個集積されたＰＤアレイ素子を搭載する。モニタ導波路１７６２ａ〜１７６２ｄから出射された光ビームの光軸は、ほぼ垂直上方に曲げられ、ＰＤアレイ素子の各ＰＤに結合する。このようにして、多チャネルのインラインモニタ回路をコンパクトな形態で実現することを想定している。
【０１２９】
実施例２と同様に、図７（ａ）に示したコアの端面から点ｐまでの距離ａは１４０μｍである。コアから出射された光ビームは、点ｐの垂直上方約１４３μｍにおいてほぼ像倍率＝１で焦点を結ぶので、受光部の有効径が小さい高速のＰＤとも、高い光結合効率を実現することができる。
【０１３０】
図１７（ｂ）は、作製工程のうち液状硬化樹脂の供給工程を示している。マイクロピペット１７４１を用いて液量調整用プール１７０５へ液状硬化樹脂を供給する。液状硬化樹脂は、流路１７０４ａ〜１７０４ｄを介してミラー溝１７０３ａ〜１７０３ｄ及び液量モニタ用プール１７１３へと流入する。上述の通り、連接されたミラー溝１７０３ａ〜１７０３ｄ、液量調整用プール１７０５および液量モニタ用プール１７１３においては、液状硬化樹脂の液面の平均面曲率は等しい。従って、液量モニタ用プール１７１３の中央部における液状硬化樹脂の液面高さを、レーザ変位計１７４２により測定し、マイクロピペット１７４１にかける圧の調整により、液状硬化樹脂の供給量を調節する。このようにして、液量モニタ用プール１７１３の液面を、所望の面曲率で得ることができれば、所望の面曲率を有するミラー支持体斜面を精度良く得ることができる。
【０１３１】
液量調整用プール１７０５と液量モニタ用プール１７１３とは、マイクロピペット１７４１とレーザ変位計１７４２とが物理的に干渉しない程度に充分離して配置しているので、液状硬化樹脂の供給量を調節しながら、リアルタイムで液状硬化樹脂の液面の高さをモニタすることができ、作業性の向上を図ることができる。また、複数の光路変換ミラー１７００ａ〜１７００ｄが、１つの液量調整用プール１７０５に連接されているので、各々のミラー支持体斜面の平均面曲率が一定であることが担保され、チャネル間の性能のばらつきを最小化することができる。
【実施例８】
【０１３２】
図１８に、本発明の実施例８にかかる光路変換ミラーの構造を示す。図１８（ａ）は斜視図であり、図１８（ｂ）は上面図である。実施例８では、複数のチャネルの光導波路からの出力された光ビームを、１個の光路変換ミラーにより光路変換する。光導波路のコア１８０２ａ〜１８０２ｄが、１２５μｍの間隔で複数配置されている。光導波路の端部には、湾曲した形状の導波路レンズ１８２３ａ〜１８２３ｄが設けられている。ミラー溝１８０３は、コア１８０２の光軸と直行する方向に長く、ミラー支持体斜面が形成される壁面は、湾曲せず直線状になっている。
【０１３３】
ミラー溝１８０３には、流路１８０４を介して、直方体形状の液量調整用プール１８０５が接続されている。さらに、液量調整用プール１８０５には、液量制御用ダム１８１２を介して液排出用プール１８１１が接続されている。図中のｓ1−ｓ2に沿った断面は、図２（ａ）と同じであり、Ｒ1＝２００μｍ、ａ＝１４０μｍである。図中のｔ1’−ｔ2’に沿った断面のＲ2’は２００μｍである。
【０１３４】
光路変換ミラーの作製方法は、図１４に示した実施例４と同じであり、マイクロピペットにより液状硬化樹脂供給し、液量制御用ダム１８１２および液排出用プール１８１１によって、液量調整用プール１８０５における液状硬化樹脂の液面の面曲率が、所望の値に保たれる。
【０１３５】
実施例８では、ミラー支持体斜面が形成される壁面が湾曲していないので、ミラー支持体斜面、液量調整用プールともに１軸方向にしか有限の曲率を有しておらず、従ってＲ1＝Ｒ2’となる。光導波路の光軸に直行する方向のビーム広がりについては、導波路レンズ１８２３ａ〜１８２３ｄで抑制され、光軸に平行な方向のビーム広がりについては、光路変換ミラーで抑制される。このような構造とすることにより、各チャネルごとに独立したミラー溝を設けることが難しい場合においても、出射ビームの広がりを抑制し、光機能素子と光導波路との高効率結合を実現することができる。
【実施例９】
【０１３６】
図１９に、本発明の実施例９にかかる光導波回路の構造を示す。図１９（ａ）に示すアレイ導波路格子は、入力スラブ導波路１９０２に接続された入力導波路１９０１と、入力スラブ導波路１９０２と出力スラブ導波路１９０４とを接続する複数のアレイ導波路１９０３とを有する。実施例９では、出力スラブ導波路１９０４に接続される出力導波路を設ける代わりに、光路変換ミラー１９０５を用いて出力を取り出す。
【０１３７】
アレイ導波路格子の出力スラブ導波路１９０４は、アレイ導波路１９０３からの多光束干渉によって、それ自体がレンズとして機能している。アレイ導波路１９０３からの出力光は、出力スラブ導波路１９０４の端部に設けられた光路変換ミラー１９０５上の一定の高さで集光され、集光点の面内位置は光波長に応じて変化する。
【０１３８】
図１９（ｂ）に、光路変換ミラー１９０５の詳細を示す。光路変換ミラー１９０５は、出力スラブ導波路１９０４のアレイ導波路１９０３と対向する側の端部に設けられている。ミラー溝１９１３には、流路１９１４を介して、液量調整用プール１９１５及び液量モニタ用プール１９２１が連接されている。ミラー支持体斜面１９１７が形成される壁面は、出力スラブ導波路１９０４の端部に沿って緩やかに湾曲している。図中ｓ1−ｓ2に沿う断面は、図２（ａ）と同じであり、Ｒ1＝２００μｍ、ａ＝１４０μｍである。
【０１３９】
光路変換ミラー１９０５の作製法は、図１７に示した実施例７と同様であり、マイクロピペットを用いて、液量調整用プール１９１５へ液状硬化樹脂を供給する。液量モニタ用プール１９２１の中央部における液状硬化樹脂の液面高さを測定し、マイクロピペットにかける圧の調整により、液状硬化樹脂の供給量を調整して、所望の面曲率を有するミラー支持体斜面１９１７を作製する。
【０１４０】
この構造により、アレイ導波路格子１９０３によって波長分波した光信号を、基板垂直方向に取り出すことができ、かつ、光信号のビームの広がりを抑制することができる。基板上部にＰＤアレイ素子を搭載すれば、光チャネルモニタを構成することができ、液晶などを用いた可変反射素子アレイを搭載すれば、可変光減衰器、波長ブロッカ等を構成することができる。
【０１４１】
従来の光チャネルモニタでは、一旦、出力導波路アレイに光信号を出力させ、各々の出力導波路と光機能素子とを光学的に接続していた。従って、接続部におけるモード変化損失、出力導波路間の干渉による損失等が発生していた。実施例９の構造によれば、これらの問題を回避することができる。さらに、スラブ導波路の長さ及び導波路端部からミラーまでの距離ａを目的に応じて適切な値とすることで、搭載する光機能素子との高い光結合効率を得ることができる。
【実施例１０】
【０１４２】
図２０に、本発明の実施例１０にかかるレーザダイオードの構造を示す。シリコン基板２００１上にレーザダイオード（ＬＤ）２００２が実装され、ＬＤ２００２から出射された光ビームの光軸上に光路変換ミラー２００３が形成されている。これにより、ＬＤ２００２から出射された光ビームを、シリコン基板２００１に対して垂直上方に変換しつつ、光ビームの広がりを抑制し、または一定の高さで集光させることができる。光路変換ミラー２００３は、実施例１に示した光路変換ミラーを作製し、光導波路側の部分を取り除いて、ＬＤ２００２等を実装する。
【０１４３】
このように、光路変換ミラーの適用先は、平面光導波回路の導波路端部に限られるものではなく、レーザダイオードの実装基板など様々な用途に適用することができる。なお、レーザダイオードの出射ビームは、垂直方向への広がりが水平方向への広がりに比べて大きく、ビームプロファイルは扁平な形状となる。そこで、これを補償するように、光路変換ミラーの曲率のうち、図２（ａ）に示したＲ1に相当する曲率半径のみを小さく設計して、出射ビーム形状を円形に近づけるような構造とすることもできる。
【実施例１１】
【０１４４】
図２１に、本発明の実施例１１にかかるレーザダイオードの構造を示す。シリコン基板２１０１上にレーザダイオード（ＬＤ）２１０２が実装され、ＬＤ２１０２から出射された光ビームの光軸上に光路変換ミラー２１０３が形成されている。これにより、ＬＤ２１０２から出射された光ビームを、シリコン基板２１０１に対して垂直上方に変換しつつ、光ビームの広がりを抑制し、または一定の高さで集光させることができる。光路変換ミラー２１０３は、実施例２に示した光路変換ミラーを作製し、光導波路側の部分を取り除いて、ＬＤ２１０２等を実装する。これにより、図６に示した実施例２と同様に、光路変換ミラーの形状をより精度良く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の実施例１にかかる光路変換ミラーの構造を示す図である。
【図２】実施例１の光路変換ミラーの構造を示す断面図である。
【図３】入射光および反射光が凹面鏡に対し斜めから入射する場合の、凹面鏡の曲率と焦点距離の関係を表す図である。
【図４】実施例１の光路変換ミラーの作製方法を示す図である。
【図５】実施例１のインクジェット法による樹脂供給の方法を示す図である。
【図６】本発明の実施例２にかかる光路変換ミラーの構造を示す図である。
【図７】実施例２の光路変換ミラーの構造を示す断面図である。
【図８】実施例２の光路変換ミラーの作製方法を示す図である。
【図９】液状硬化樹脂の供給量と液量調整用プールの曲率半径Ｒ2’との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例３にかかる光路変換ミラーの構造を示す図である。
【図１１】実施例３の光路変換ミラーの作製方法を示す図である。
【図１２】液量調整用プールの中心部分の液状硬化樹脂の液面高さと液面の曲率との関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施例４にかかる光路変換ミラーの構造を示す図である。
【図１４】実施例４の光路変換ミラーの作製方法を示す図である。
【図１５】本発明の実施例５にかかる光路変換ミラーの作製方法を示す図である。
【図１６】本発明の実施例６にかかる光路変換ミラーの構造を示す図である。
【図１７】本発明の実施例７にかかる光路変換ミラーの構造を示す図である。
【図１８】本発明の実施例８にかかる光路変換ミラーの構造を示す図である。
【図１９】本発明の実施例９にかかる光導波回路の構造を示す図である。
【図２０】本発明の実施例１０にかかるレーザダイオードの構造を示す図である。
【図２１】本発明の実施例１１にかかるレーザダイオードの構造を示す図である。
【図２２】従来の光路変換ミラーの構造及び作製方法の第１例を示す図である。
【図２３】従来の光路変換ミラーの構造を示す断面図である。
【図２４】従来の光路変換ミラーの構造及び作製方法の第２例を示す図である。
【図２５】実施例１におけるミラー支持体斜面の形状を与える曲面Ｕの斜視図である。
【図２６】曲面Ｕの点ｐ近傍における２軸方向の曲率半径について説明するための図である。
【図２７】ミラー支持体斜面を構成するミラー溝の底面および壁面との境界線の形状を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１０１，６０１，１００１，１３０１  シリコン基板
１０２，６０２，１００２，１３０２  コア
１０３，６０３，１００３，１３０３  ミラー溝
６０４，１００４，１３０４  流路
６０６，１００５，１３０５  液量調整用プール
１０６，６０６，１００６，１３０６  液状硬化樹脂
１０７，６０７，１００７，１３０７  ミラー支持体斜面
１０８，６０８，１００８，１３０８  反射膜
１０１１，１３１１  液排出用プール
１０１２，１３１２  液量制御用ダム
１２１，６２１  下部クラッド
１２２，６２２  上部クラッド
１３１，６３１，１０３１，１３３１  フッ素系表面処理剤
６４１，１０５１，１３５１  マイクロピペット
１５１，６５１  インクジェットノズル
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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