(57)【要約】【課題】受発光素子等の光学部品を光電気混載基板に表面実装する場合等において、光学部品と光導波路又はミラーとの光軸ずれないように、或いは焦点距離が適正となるように、相互間の位置決め等を行う場合において、たとえ、光軸や焦点距離にズレが生じたとしても、相対的な位置関係を水平方向にも垂直方向にも調整可能なものとする。【解決手段】第１の光学部品（例えば発光素子１２）と第２の光学部品、即ち光導波路コア（ミラー３６）との間で光結合を行う機構を有する光電気混載基板において、第１の光学部品と第２の光学部品との間に、焦点距離および光軸中心を変更可能な液体レンズ（４０）を配置し、該レンズの光軸又は焦点距離を調整可能にしたことを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光学部品と第２の光学部品との間で光結合を行う機構を有する光電気混載基板における光結合方法において、第１の光学部品と第２の光学部品との間に、焦点距離および光軸中心を変更可能なレンズを配置し、該レンズの光軸又は焦点距離を調整可能にしたことを特徴とする光電気混載基板における光結合方法。
【請求項２】
焦点距離および光軸中心を変更可能なレンズとして、液体レンズを用いることを特徴とする請求項１に記載の光結合方法。
【請求項３】
第１の光学部品は受光素子又は発光素子であり、第２の光学部品は光導波路コア、或いは第１の光学部品との間にミラーが介在する光導波路コアであることを特徴とする請求項１に記載の光結合方法。
【請求項４】
第１の光学部品と第２の光学部品との間で光結合を行う機構を有する光電気混載基板において、第１の光学部品と第２の光学部品との間に、焦点距離および光軸中心を変更可能な液体レンズを配置したことを特徴とする光電気混載基板における光結合装置。
【請求項５】
光学部品と、光路変換部と、光導波路を形成した基板とからから成り、該光路変換部により、光学部品から出射した光が光路変換部で変換されて光導波路に入射する、或いは、光導波路から出射した光が光路変換部で変換されて光学部品に入射するように構成された光電気混載基板において、前記光学部品と前記光路変換部を介在させた前記光導波路との間に焦点距離および光軸中心を変更可能な液体レンズを配置したことを特徴とする光電気混載基板における光結合装置。
【請求項６】
前記光学部品は、基板に形成された光導波路の面に対し垂直な方向に光を入出射するように配置され、前記光路変換部は基板に一体的に形成され、基板面に対して４５度の角度のミラーで構成され、前記光路変換部により光路を９０度変換することを特徴とする請求項５に記載の光電気混載基板における光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電気混載基板における光結合方法及び装置に関し、例えば、受光素子や発光素子等の光学部品を表面実装した光電気混載基板において、焦点距離及び光軸中心を可変とすることのできるレンズを具備する光電気混載基板における光結合方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル機器等の信号高速化、高密度化などにともなう電気信号へのノイズ、ＥＭＩ対策として、電気配線の一部を光信号に置き換える光電気混載基板の開発が進められている。
【０００３】
従来、レーザダイオード又はフォトダイオード等の光学部品を光電気混載基板に表面実装する場合において、特に、光が基板の面に対して垂直に入出射する面型光学部品を基板に表面実装する場合には、光学部品と光導波路コアあるいは光路変換部との間に数μｍの光軸のずれが生じた場合は、光結合損失となり、光信号を劣化させてしまう。
【０００４】
このような問題を解決するために、先行技術として従来、次のような提案がなされている。例えば、特開２００１−１６６１６７号公報（特許文献１）では、光導波路コア又はミラーの光軸上にレンズを具備する方法が開示されている。
【０００５】
この先行技術の例は、図１に示すように、光部品とコアとの光軸上にレンズを形成する。このレンズの焦点はコア傾斜部（ミラー部）までの距離となっている。レンズは、光学部品が発光素子（ＬＤなど）の場合には、集光レンズとして作用し、受光素子（ＰＤなど）の場合には光拡散防止レンズとして作用する。なお、図１において、１００は光部品、１０２は発光面又は受光面、１０４はリード、１０６はバッド、１０８はレンズ、１１０はミラー、１１２は光導波路、１１６はレーザ光をそれぞれ示す。
【０００６】
光学部品が発光素子である場合、実装位置がずれてもレンズで集光が可能な範囲においては導波路への入射光はレンズの導波路への入射光はレンズによってコア内に集光される。また、発光素子の場合、コアからの拡散光（出射光）をレンズが拡散防止するので、光結合ロスが低減できる。
【０００７】
特許文献１に開示されている先行文献によると、レンズ形状はあらかじめ決まってしまうため、光部品の垂直（高さ）方向への変化には対応できない。これにより焦点距離そのものは変えられない。また、実装後に何らかの原因（例えば、熱膨張など）で光部品がずれてしまった場合には、再度光軸を矯正することは困難である。このように、この構造では、水平方向のトレランス緩和に有効であるものの、垂直（高さ）方向の調整はあらかじめレンズ形状を決定しておかないと困難である。
【０００８】
また、可変焦点レンズと光導波路とを組み合わせた技術を示す公知例として、特開平９−１５５７５号（特許文献２）がある。この先行技術では、液晶層に電圧を印加していない状態（Ａ）では、入射した光は遮光部に集光し光は出射しない。液晶層に電圧を印加した状態（Ｂ）では、液晶層の屈折率が電圧の変化に伴い点Ｓが距離Ｔ３あるいはＴ４の位置に移動して光が出射される。なお、図２において、２０２は液晶層、２０５は集光レンズ、２０６は液晶素子、２０７は電源装置、２０８，２１１は透光性基板、２０９，２１２は透明電極、２１３はスイッチ、２１４は入射光、Ｓは集光点、Ｔ３，Ｔ４は距離をそれぞれ示す。
【０００９】
このように特許文献２では、可変焦点レンズと導波路とを組み合わせた先行技術であるが、可変焦点レンズがレンズの屈折率の変化によって焦点距離を変化させる構造なので、レンズの光軸中心上でしか焦点を変化させることが出来ない。
【００１０】
また、特開２００１−１３３０６号公報（特許文献３）では、図３に示すように、レンズの役割を果たす小滴形状が、電界非印加時は印加時とで形状がＡおよびＢのように変化させることができるので、焦点距離が変化可能になる。なお、図３において、３１１は絶縁性液体の小滴、３１２は絶縁層、３１３はゲル化剤を含む導電性液体、３１４は表面層、３１４は表面層開口、３１５は小滴接触領域、３１６は電極、３１６Ｅは電極開口、３１４Ｅは電極、３１８は下側部材、３１８′は上側部材、３１９はセル、Ａは電圧非印加時の小滴の形状、Ｂは電圧印加時の小滴の形状、Ｃは光軸、θは接触角をそれぞれ示す。
【００１１】
この特許文献３においても、特許文献２と同様、レンズの光軸中心上でしか焦点距離を変化させることが出来ない。
【特許文献１】特開２００１−１６６１６７号公報
【特許文献２】特開平９−１５５７５号公報
【特許文献３】特開２００１−１３３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した特許文献１においては、レンズ形状はあらかじめ決まってしまう為、光部品の垂直（高さ）方向への変化には対応できない、焦点距離は変えられない、という問題がある。また、実装後に何らかの原因（例えば熱膨張など）で光部品がずれてしまった場合に再度光軸を調整することは困難である、という問題もある。
【００１３】
また、特許文献２又は３においては、電圧或いは電界の印加時においても、レンズ形状は左右対称、垂直球面状のままで焦点距離を変化させているので、焦点は光軸中心上でしか変更することができない。従って、発光素子実装時の水平方向へのずれに対応することは困難である。
【００１４】
そこで、本発明では、受発光素子等の光学部品を光電気混載基板に表面実装する場合等において、光学部品と光導波路（又はミラー）との光軸のずれないように、或いは焦点距離が適正となるように、相互間の位置決め等を行う場合において、たとえ、光軸や焦点距離にズレが生じたとしても、相対的な位置関係を水平方向にも垂直方向にも調整可能な光電気混載基板における光結合方法及び装置を提供する提供することを目的とする。
【００１５】
また、これにより、光学部品の実装精度に関する諸要件を緩和させ、たとえ、光軸や焦点距離にずれが生じたとしても、あるいは、光導波路および基板作製誤差があったとしても、所定の許容範囲内であれば、作製誤差で生じた寸法分を吸収できるようにした光電気混載基板における光結合方法及び装置を提供する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】
上記の課題を達成するために、本発明によれば、第１の光学部品と第２の光学部品との間で光結合を行う機構を有する光電気混載基板における光結合方法において、第１の光学部品と第２の光学部品との間に、焦点距離および光軸中心を変更可能なレンズを配置し、該レンズの光軸又は焦点距離を調整可能にしたことを特徴とする光電気混載基板における光結合方法が提供される。
【００１７】
この場合において、焦点距離および光軸中心を変更可能なレンズとして、液体レンズを用いることを特徴とする。また、この場合において、第１の光学部品は受光素子又は発光素子であり、第２の光学部品は光導波路コア、或いは第１の光学部品との間にミラーが介在する光導波路コアであることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明によれば、第１の光学部品と第２の光学部品との間で光結合を行う機構を有する光電気混載基板において、第１の光学部品と第２の光学部品との間に、焦点距離および光軸中心を変更可能な液体レンズを配置したことを特徴とする光電気混載基板における光結合装置が提供される。
【００１９】
更に本発明によれば、光学部品と、光路変換部と、光導波路を形成した基板とからから成り、該光路変換部により、光学部品から出射した光が光路変換部で変換されて光導波路に入射する、或いは、光導波路から出射した光が光路変換部で変換されて光学部品に入射するように構成された光電気混載基板において、前記光学部品と前記光路変換部を介在させた前記光導波路との間に焦点距離および光軸中心を変更可能な液体レンズを配置したことを特徴とする光電気混載基板における光結合装置が提供される。
【００２０】
この場合において、前記光学部品は、基板に形成された光導波路の面に対し垂直な方向に光を入出射するように配置され、前記光路変換部は基板に一体的に形成され、基板面に対して４５度の角度のミラーで構成され、前記光路変換部により光路を９０度変換することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上述べたように、第１の光学部品と第２の光学部品との間で光結合を行う機構を有する光電気混載基板において、光結合方法を行う場合等において、第１の光学部品と第２の光学部品との間に、例えば液体レンズのような焦点距離および光軸中心を変更可能なレンズを配置し、該レンズの光軸又は焦点距離を調整可能としたので、光学部品を基板に実装した後であっても、レンズの調整可能な範囲内であれば、光軸に対し水平方向にも垂直方向にも調整可能であり、光学部品に実装上のずれが生じても何ら問題を起こさなくなり、また、光学部品の実装精度を緩和することができる。
【００２２】
また、レンズの調整可能な範囲内であれば、光学部品、光導波路或いは基板等に作製誤差があったとしてもこれらの寸法誤差を吸収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図４は本発明の光電気混載基板における光結合装置の第１実施形態を断面図で示すものである。１つの光学部品としての面発光素子基板１０は、レーザダイオード又はフォトダイオード等の発光素子又は受光素子、例えば、面発光レーザ１２を搭載した基板である。面発光素子基板１０は、例えば後述のように、光導波路基板２０上にアレイ化して実装されている場合は、図１０に示すように、平面形状が略矩形であって、また図４で見て下面の略中央部に面発光レーザ１２が配置されている。面発光素子基板１０には、この面発光素子基板１０を光導波路基板２０に実装するための、また面発光素子基板１０と光導波路基板２０との電気的な接続を行うための端子１４が設けられている。
【００２４】
光導波路基板２０は、光導波路層３０の上面にソルダレジスト層２２を形成したものである。光導波路層３０はコア層３２と、これらのコア層３２の周囲のクラッド層３４から成り、コア層３２は面発光レーザ１２が配置されている間隔に対応する間隔で平行に延びるように基板の端面（図示せず）まで配置されている。
【００２５】
ソルダレジスト層２２には、面発光素子基板１０が光導波路基板２０に搭載された状態で、各面発光レーザ１２からの光の光軸上に、後に詳しく説明する、液体レンズ４０が配置されている。
【００２６】
液体レンズ４０の下側近くの、光導波路層３０のコア層３２の端部に隣接して、光変換部としての４５度ミラー３６が配置されている。この４５度ミラー３６は、図示のように、両側に４５度の角度の傾斜をもった反射鏡として形成されたものである。
【００２７】
ソルダレジスト層２２の、面発光素子基板１０の端子１４に対応する位置に、接続用の穴の底部にパッド２６が形成されている。そして、これらの端子１４及びパッド２６に対応する光導波路層３０の位置に、この光導波路層３０を貫通するビアホールに貫通ビア３８が形成され、パッド２６と電気的に導通される。そして、面発光素子基板１０を光導波路基板２０に実装すると、面発光素子基板１０の端子１４がパッド２６を介して貫通ビア３８に電気的に接続されることとなる。
【００２８】
光導波路層３０としては、例えばポリマー系の材料を用い、クラッド層３４はラミネート等の積層プロセス、コア層３２はフォトリゾ法を用いて露光・現像工程により形成する。また、４５度ミラー３６はフォトリゾ等で行なわれるが、４５度ミラー３６の形成箇所とコア層３２との位置関係は、コア層３２の露光時におけるマスクによって決定されるので、基本的には４５度ミラー３６とコア層３２との間の位置合わせは不要である。
【００２９】
光導波路基板２０は、必要に応じて、他の電気配線基板（図示せず）と接合して使用することもできる。その場合には、この光導波路基板２０と他の電気配線基板との間は、光導波路基板２０の貫通ビア３８が電気配線基板（図示せず）の接続パッド等に接合することにより、相互に電気的に接続される。ここで、光電気混載基板とは、光導波路基板２０それ自体でも良いが、図示しない他の電気配線基板と結合した一体のものもそのように称することも出来るものとする。
【００３０】
上記の構成において、面発光レーザ１２から出射した光は液体レンズ４０を介して、４５度ミラー３６で９０度に反射して光導波路層３０のコア３２を入射される。コア層３２に入射されたレーザ光は、光導波路層３０のコア層３２を通過して光伝送される。そして、例えば、光導波路層３０の出射端から、例えば光ファイバ（図示せず）或いは他の光導波路（図示せず）に光結合される。
【００３１】
次に、液体レンズ４０について説明する。従来一般には、面発光レーザ１２とミラー３６との間には固定焦点レンズ（図示せず）が配置されていたが、本発明では、この液体レンズ４０を固定配置する。液体レンズ４０は、電解液から成る流動性のある液体レンズ要素４２を環状の支持体４４にて保持させたものであり、支持体４４はソルダレジスト層２２の液体レンズ搭載部の開口部に固定されると共に、開口部の下部周囲に形成されたパッド４６を介して光導波路層３０を貫通するビア４８に接続され、これらのビア４８を介して外部から液体レンズ４０に対して電気的信号を送信することができる。
【００３２】
液体レンズ４０の代わりに、光軸および焦点距離を変更することのできるレンズであれば、他のレンズであっても良いことは勿論であるが、この実施形態では、液体レンズを用いている。このような液体レンズとして、例えば、バリオプティクス（Varioptics）社製のレンズを用いることができる。詳細は、例えば、ウェブサイト(http://www.varioptic.com/en/)から入手することができる。
【００３３】
図４において、第１の光学部品（即ち、面発光レーザ１２）と第２の光学部品（即ち、光導波路コア３２）（ミラー３６）との間での光結合は、この液体レンズ４０（液体レンズ要素４２）を介して行なわれる。
【００３４】
例えば、面発光素子基板１０が光導波路基板２０に実装される場合等において、光学部品２０の実装ずれが発生した場合には、液体レンズ４０（液体レンズ要素４２）の形状を変化することにより光軸を修正する。また、光導波路層３０および基板（例えば、光導波路基板２０）の作製誤差による設計値とのずれが発生した場合も同様に光軸を修正することができる。
【００３５】
図５は実装ずれが無い場合を示し、図６は実装ずれが有る場合を示す。面発光レーザ１２の光軸をＡ、ミラー３６の中心をＢとした場合、図５においてはＡとＢが一致するが、図６においてはＡとＢが互いに平行にずれを生じている。
【００３６】
図７に示すように、光学部品（面発光レーザ１２）の実装ずれが無い場合、面発光レーザ１２からの光路Ａは光軸Ｂ中心となるので、液体レンズ４０を変形せず、液体レンズ要素４２は通常の球レンズと同様の形状で良い。これに対し、図８に示すように、光学部品（面発光レーザ１２）の実装ずれが有る場合、光路Ａは光軸中心Ｂには無いので液体レンズ要素４２は変形して光導波路ミラー３６中心に焦点が合うように、即ち光導波路コア３２に光入射するように液体レンズ要素４２が変形させる。
【００３７】
実装ずれが垂直（高さ）方向に発生した場合であっても、図９に示すように、液体レンズ要素４２を変形させることにより焦点位置を変えられるので実装ずれに応じて対応することができる。即ち、図９において、液体レンズ要素４２の曲面変形させて曲率半径Ｒを大きくすれば（Ｒ１）、焦点位置（距離）を遠くすることができ（Ｌ１）、曲率半径Ｒを小さくすれば（Ｒ２）、焦点位置（距離）を短くすることができる（Ｌ２）。
【００３８】
図１０は、上記の実施形態で説明した光導波路コア３２を平行に配置し、１つの光電気混載基板において４チャネルにアレイ化した場合を示す。面発光素子基板１０も各光導波路コア３２に対応し、４チャネルにアレイ化して実装される。なお、面発光素子基板１０は４チャネルにまたがった１つの基板に複数（４個）の面発光レーザ１２をアレイ化して配置したものであっても良く、また、１個の基板にそれぞれ１個ずつの面発光レーザ１２を基板に配置したものであって良い。なお、図１０において、１０は光学部品（面発光素子基板）、２６は接続用パッド、３２は光導波路コア、３４はクラッド、４０は液体レンズである。
【００３９】
以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。
【００４０】
例えば、上述の実施形態においては、面発光素子基板１０として面発光レーザ１２を搭載した場合について説明したが、面発光レーザ１２に代えて、フォトダイオードのような受光素子を搭載しても良い。この場合は、光導波路の側からミラー３６を介して、受光素子の側へ光伝送することとなる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、以上述べたように、第１の光学部品と第２の光学部品との間に液体レンズのような焦点距離および光軸中心を変更可能なレンズを配置して、該レンズの光軸又は焦点距離を調整可能としたので、光学部品を基板に実装した後であっても、レンズの調整可能な範囲内で、光軸に対し水平方向にも垂直方向にも調整可能である。よって、あらゆる光電気混載基板において、実装精度が緩和され、従って、あらゆる光電気混載基板や光配線基板について利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来公知の光電気混載基板の一例を示す。
【図２】従来公知の他の光電気混載基板の一例を示す。
【図３】従来公知の更に他の光電気混載基板の一例を示す。
【図４】本発明の実施形態に係る光電気混載基板の断面図である。
【図５】本発明の光電気混載基板の実装ずれ無しの場合の断面図である。
【図６】本発明の光電気混載基板の実装ずれ（α）有りの場合の断面図である。
【図７】実装ずれ無しの場合の光路を説明する断面図である。
【図８】実装ずれ有りの場合の光路修正を説明する断面図である。
【図９】液体レンズの焦点位置の調整を説明する図である。
【図１０】光導波路および光学部品をアレイ化した光電気混載基板を示す。
【符号の説明】
【００４３】
１０    面発光素子基板
１２    面発光レーザ
１４    端子
２０    光導波路基板
２２    ソルダレジスト層
２４    光開口部
２６    パッド
３０    光導波路層
３２    コア層
３４    クラッド層
３６    ４５度ミラー
３８    貫通ビア
４０    液体レンズ
４２    液体レンズ要素
４４    支持体
Ａ    光学部品（面発光レーザ）の光路
Ｂ    ミラー中心（光軸） 
【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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