JP3974459B2 - 光学素子，その実装方法および光モジュール - Google Patents
光学素子，その実装方法および光モジュール Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，光通信機器に適用するのに好適な光学素子，該光学素子を含む光モジュール，および光学素子の実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野において，レーザダイオードや光ファイバと結合されるマイクロレンズ等の光学素子が，例えば特開平７−１９９００６号公報，特開平１１−２９５５６１号公報に開示されている。前者では球状のボールレンズを用いて結合することが提案されている。後者では円形のレンズの縁部に環状部分を設けたレンズが記載されている。
【０００３】
また，上記分野のレンズ等の光学素子としてフォトリソ・エッチングプロセスを用いて製造されたものが考案されている。これは例えば，シリコン基板上にレンズ等の所望の形状をフォトリソグラフィ工程で形成した後，エッチングを行ってシリコンの不要な部分を除去して所望の光学素子を形成したものである。
【０００４】
これらのレンズは，レーザダイオードや光ファイバ等が搭載される半導体支持基板上に形成された溝に配置されることにより，相互の光軸を一致させて光学的に適正に結合されるように位置決めされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
レーザダイオード等から出射する拡散光をレンズに入射させる際，レンズ径は拡散光の径より大きい十分な大きさを有することが必要である。場合によっては，レンズと光結合する光ファイバの径よりも大きな径のレンズが必要となる。ところで，従来ではレンズを実装する際，特開平１１−２９５５６１号公報に記載のように，基板に設けられた溝にレンズを載置し，その外周を接触させて実装している。前述のような光ファイバの径よりも大径のレンズについても，溝の寸法を光ファイバの外径より大きく形成して，同様に実装している。しかしながら，このような構成では，レンズの外形精度の点から実装精度の向上に難点を有する。
【０００６】
実装精度を向上するためには，レンズと光結合する光ファイバが実装される溝に，光ファイバの外径と同じ外径を有するレンズを配置することが好ましい。しかし，この場合，レンズの外径として許容される最大値は，シングルモード光ファイバの外径である１２５μｍとなり，レンズ径が制限されてしまう。このように従来では，レンズの寸法を制限することなく実装精度を向上させることが困難であった。
【０００７】
本発明の目的は，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，有効径の寸法によらずに高精度に実装可能な光学素子，およびその実装方法，並びに高精度に実装された光モジュールを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，部材配置用の溝を有する支持基板に実装される光学素子であって，光学基板の表面に形成された光束変換部と，前記光束変換部の外周以外の部位に設けられ，実装時に前記支持基板の前記溝に接する形状を有する適合部と，を具備することを特徴とする光学素子が提供される。
【０００９】
ここで光束変換部とは光束を変換する機能を有するものであり，例えば光束を収束，発散，反射，偏向等するものである。また，光束変換部は，配置条件により入射光束を平行光に変換するものも含む。光束変換部の具体例としては，レンズや，回折光学素子からなる素子等が挙げられる。
【００１０】
光学基板は結晶基板により構成してもよく，例えばシリコン結晶基板を用いることができる。また，その他の結晶基板としては，ＧａＡｓ，Ｉｎｐ，ＧａＰ，ＳｉＣ，Ｇｅ等を材料とする基板が挙げられる。
【００１１】
かかる構成によれば，光学素子を実装する際は適合部を支持基板の溝に接触させて載置することができるので，光束変換部の寸法を自由に設定でき，かつ，実装精度を向上させることが可能である。
【００１２】
その際に，適合部は２箇所に設けるようにしてもよく，適合部は円弧形状を有するようにし，この円弧形状の外径寸法は所定の光ファイバの外径寸法と略同一であるように構成することが好ましく，この場合，高精度な実装が可能である。
【００１３】
また，前記光束変換部の表面に略平行な面内で前記光束変換部より広い幅を有するように前記光束変換部の周辺の一部から延設された取扱部を具備し，前記光束変換部は前記光学基板の一方の面に形成され，前記取扱部は前記光学基板の両面のいずれか一方の面を特定すべく，前記光束変換部の光軸を含みかつ前記取扱部を横切る仮想平面に対して非対称に形成されているように構成してもよい。かかる構成によれば，光束変換部が形成されている面を容易に識別することができる。
【００１４】
さらに，前記取扱部における前記光束変換部表面に対し略垂直な面であって，且つ実装時に前記支持基板に近接する面に位置決め用の溝を設けるように構成してもよい。このように構成し，支持基板上に位置合わせマークを設けておけば，光学素子の位置決め用の溝と支持基板上の位置合わせマークとを基準にして位置合わせを行うことができ，光学素子の外形の形状によらずに，高精度かつ容易に実装することができる。
【００１５】
また，本発明の第２の観点によれば，上記に記載の光学素子を部材配置用の溝を有する支持基板上に実装する光学素子の実装方法であって，前記支持基板の前記溝と前記光学素子の前記適合部とを接触させて前記光学素子を配置することを特徴とする光学素子の実装方法が提供される。かかる構成によれば，光学素子を実装する際は適合部を支持基板の溝に接触させて配置することができるので，光束変換部の大きさによらず，高精度に実装することができる。
【００１６】
また，本発明の第３の観点によれば，上記に記載の光学素子を用いた光モジュールであって，表面に部材配置用の溝を有する支持基板と，前記支持基板の前記溝に前記光学素子の前記適合部が接するように配置された前記光学素子と，前記支持基板の前記溝に配置され，前記光学素子と光学的に結合される第１の光ファイバと，前記支持基板の前記溝に前記光学素子に対して前記第１の光ファイバと反対側に配置され，前記光学素子と光学的に結合される第２の光ファイバ，発光素子，受光素子のうちのいずれか１つと，を具備することを特徴とする光モジュールが提供される。
【００１７】
かかる構成によれば，適合部を支持基板の溝に接触させて配置しているので，光束変換部の大きさによらず，高精度に実装された光モジュールを提供できる。
【００１８】
その際に，前記光モジュールは前記光学素子を２つ具備するようにしてもよい。また，前記溝の断面形状は，略Ｖ字形状，略台形形状，略半円形状，略長方形形状，略正方形形状のいずれか１つであるように構成してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお，以下の説明および添付図面において，略同一の機能および構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。
【００２０】
図１は，本発明の第１の実施の形態にかかるレンズ素子１の構成を示す斜視図である。レンズ素子１は，光学基板からなり，光学素子を実装するための実装用溝を有する支持基板上に実装されるものである。レンズ素子１は，主にレンズ部２と，２つの適合部４ａ，４ｂと，取扱部６とを有する。ここでは，取扱部６は図１の左右方向に伸長した略直方体形状を有し，レンズ部２は取扱部６の中央付近に位置し，適合部４ａ，４ｂはそれぞれレンズ部２から離れた左右の側に位置している。
【００２１】
レンズ部２はここでは円形形状をしており，回折光学素子からなる。レンズ部２は，回折光学素子の１つであるＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）素子により形成してもよい。ＣＧＨ素子は，所望の光学特性を示す光学素子の光路差関数から所望の光学特性を得るに必要なフォトマスクのパターンをコンピュータを用いて求め，そのマスクパターンを用いて光学基板の表面の所望箇所にエッチング処理を施すことにより，所望の光学特性を有する回折型光学素子を形成したものである。
【００２２】
レンズ部２の下部側にはレンズ部２の外周の一部としての縁部３が位置し，レンズ部２の円周形状に沿った円弧形状を有する。この縁部３の円弧形状を呈する外形はレンズ形成面側からその対向面側まで延びており，レンズ部２の光軸を中心軸とする略円柱形状の一部である略蒲鉾形の形状となっている。取扱部６の中間位置から下方に張り出すこの略蒲鉾形の部分を張出部５と呼ぶ。この張出部５の２つの端面は取扱部６の所定の対応する面とそれぞれ同一平面となる。そしてこの張出部５の一方の端面とそれに対応する取扱部６の所定の面とで成す平面にレンズ部２が形成されている。以下，レンズ素子１において，レンズ部２が形成されている側の面をレンズ形成面と呼ぶ。なお，ここではレンズ部２の光軸はレンズ部２表面に垂直になるよう形成されている。レンズ部２の直径は例えば５０〜１０００μｍとすることができる。
【００２３】
２つの適合部４ａ，４ｂはともに縁部３から離れた位置にあり，取扱部６の下方から張り出すように形成されている。２つの適合部４ａ，４ｂは，その形状は張出部５と類似の略蒲鉾形の形状であり，レンズ部２の光軸と平行な長軸方向を有する円柱形状の一部を成す。ただし，適合部４ａ，４ｂの円弧形状の外径寸法は，張出部５の円弧形状の外径寸法と同一にする必要はなく，レンズ素子１が光結合する光ファイバの外径寸法と等しくなるよう構成され，ここではその外径寸法はφ１２５μｍである。適合部４ａ，４ｂは，レンズ素子１を実装用溝を有する支持基板上に実装する際に，実装用溝に当接する部分となる。なお，ここでは，適合部４ａ，４ｂは，レンズ部２を中心にほぼ対称な位置に配置されているが，必ずしもこの必要はない。
【００２４】
取扱部６は，レンズ部２の周辺の上部側を取り巻くように延設され，レンズ部２表面に略平行な面内でレンズ部２より広い幅を有し，レンズ部２，縁部３，張出部５，適合部４ａ，４ｂと一体的に形成されている。取扱部６の下面７から張出部５，適合部４ａ，４ｂが突設されており，下面７はレンズ素子１を支持基板に実装した際に，支持基板に近接する面となる。取扱部６の上面８および側面９は平坦に形成されている。これらの面を平坦面とすることにより，上方あるいは側方から保持手段によりレンズ素子１を保持することが容易になる。保持手段としては例えば，挟持手段や吸引保持する負圧吸盤のような負圧保持手段が考えられる。
【００２５】
なお，上述の説明では，縁部３はレンズ部２を囲むように設けられているが，レンズ部２の外周が縁部３を構成するようになっていてもよい。レンズ素子１を形成する光学基板としては，結晶基板を用いることができる。特に，レンズ素子１を適用する光学系の光源の波長が１．３μｍまたは１．５μｍである場合には，シリコン結晶基板を用いることができる。
【００２６】
レンズ素子１は，例えば半導体技術で用いられるフォトリソ・エッチング技術を用いて，シリコン基板にレンズ素子１に対応する形状のパターンをフォトマスクパターンとして用いてエッチングを行うことにより作製可能である。
【００２７】
図２は，レンズ素子１を２つ用いた光モジュールの構成を説明するための斜視図である。光モジュール１０は，支持基板１１と，レーザダイオード１２と，直径１２５μｍのシングルモード光ファイバ１３と，２つのレンズ素子１ａ，１ｂを有する。レーザダイオード１２，２つのレンズ素子１ａ，１ｂ，光ファイバ１３は，この順に所定の間隔をもって同一光軸を共有するように支持基板１１上に配置され光学的に結合される。支持基板１１は部材配置用の溝を有し，図２では溝を明示するためにレンズ素子１を実装する前の状態を示している。
【００２８】
支持基板１１は，例えばシリコン結晶基板からなる。支持基板１１は，その上面に平行に並列に形成された３つのＶ溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃと，Ｖ溝１４ｂと連通した溝１５とを有する。Ｖ溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃは全て断面形状がＶ字状の溝であり，直径１２５μｍのシングルモード光ファイバを載置可能な寸法を有する。Ｖ溝１４ａ，１４ｃは支持基板１１の一端から途中までに形成された溝であり，それぞれレンズ素子１の適合部４ａ，４ｂが当接される。Ｖ溝１４ｂは支持基板１１の一端から溝１５までに形成された溝であり，光ファイバ１３が載置される。溝１５はＶ溝１４ｂから支持基板１１の途中までに形成された溝であり，断面形状が略台形状の溝で，Ｖ溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃより大きく，２つのレンズ素子１ａ，１ｂのそれぞれの張出部５を収納可能である。
【００２９】
Ｖ溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃは例えば異方性エッチングにより形成できる。溝１５は，Ｖ溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃを形成した後にこれらの一部を保護したまま，別の適当なパターン形状のマスクを用いて再度エッチングを行うことにより形成できる。
【００３０】
支持基板１１上への上記各部品の実装について説明する。レーザダイオード１２は支持基板１１上部からマーカーを用いて高精度に位置決めし，半田バンプ等で接合する。２つのレンズ素子１ａ，１ｂは，図２の矢印で示すようにそれぞれの張出部５が溝１５内に位置し，適合部４ａ，４ｂがＶ溝１４ａ，１４ｃに当接するよう配置される。これにより光軸に垂直な方向の位置決めがなされる。光軸方向の位置に関しては，マーカーを用いて位置決めし，例えばＣＣＤカメラ等による画像処理を利用して配置する。
【００３１】
ここでは，レーザダイオード１２側のレンズ素子１ａは，そのレンズ部２がレーザダイオード１２に対向するよう配置され，光ファイバ１３側のレンズ素子１ｂはそのレンズ部２が光ファイバ１３の端面に対向するよう配置される。レンズ素子１ａ，１ｂの配置の際には，平坦面である上面８または側面９を適当な保持手段により保持して行う。適切な位置にレンズ素子１ａ，１ｂが配置されたことが確認されたら各レンズ素子を支持基板１１に接合する。光ファイバ１３は，その端部をＶ溝１４ｂに載置して樹脂等を用いて接合する。
【００３２】
上記のように各部品が配置された光モジュール１０では，レーザダイオード１２から出射した発散光はレーザダイオード１２側のレンズ素子１ａに入射してそのレンズ部２により平行光に変換される。その後，光は光ファイバ１３側のレンズ素子１ｂに入射してそのレンズ部２により光ファイバ１３の端面の中心部に入射するよう集光され，光ファイバ１３に入射する。
【００３３】
実際に上記構成の光モジュールを製作したところ，短時間で容易に±１μｍの高精度でレンズ素子を実装することができ，４０％の結合効率を得ることができた。
【００３４】
本実施の形態では，レンズ部の外周以外に設けた適合部で支持基板に当接するよう構成し，適合部の外径を光ファイバの外径と同一にしているため，レンズ素子を高精度に実装することができる。また，レンズ部の外形寸法は実装精度に影響を及ぼさないため，レンズ部の寸法を自由に設定でき，かつ実装精度を確保することが可能である。このことは特に，有効径の大きなレンズ素子を高精度に実装したい場合に有効である。有効径の大きなレンズ素子を用いれば，レーザダイオードからの拡散光を効率よくレンズ部に入射させることができるため，レンズ素子とレーザダイオードとの距離を大きくとることが可能になり，部品配置の設計の自由度が向上する。
【００３５】
なお，図２に示す構成において，レーザダイオード１２の代わりにフォトダイオードや光ファイバを用いる構成も可能である。図３にレンズ素子１を２つ用いて光ファイバと光ファイバの光結合を行う光モジュール１６の構成を説明するための斜視図を示す。光モジュール１６は，支持基板１８と，２つの直径１２５μｍのシングルモード光ファイバ１３ａ，１３ｂと，２つのレンズ素子１ａ，１ｂを有する。光ファイバ１３ａ，２つのレンズ素子１ａ，１ｂ，光ファイバ１３ｂは，この順に所定の間隔をもって同一光軸を共有するように支持基板１８上に配置され光学的に結合される。支持基板１８は部材配置用の溝を有し，図３では，溝を明示するためにレンズ素子１を実装する前の状態を示している。
【００３６】
支持基板１８は，部材配置用の溝の構成が図２に示す支持基板１１と異なる。支持基板１８では，支持基板１１のＶ溝１４ａ，１４ｃに代わり，それぞれＶ溝１４ｄ，１４ｅが形成されている。Ｖ溝１４ｄ，１４ｅは支持基板１１の一端から他端にわたって形成されている点のみＶ溝１４ａ，１４ｃと異なり，その他の構成は同様である。また，支持基板１８では，溝１５と連通する溝として図２のＶ溝１４ｂに加え，Ｖ溝１４ｂの反対側に新たにＶ溝１４ｆが形成されている。Ｖ溝１４ｆはＶ溝１４ｂの延長上にあり，溝１５から支持基板１８の他端までに形成されており，Ｖ溝１４ｂと同様の構成を有する。すなわち，Ｖ溝１４ｂ，１４ｆは，支持基板１１の一端から他端にわたって形成された一本のＶ溝が溝１５により分断されたものと考えることができる。
【００３７】
光モジュール１６では，Ｖ溝１４ｄ，１４ｅにレンズ素子１ａ，１ｂのそれぞれの適合部４ａ，４ｂが当接するよう配置され，Ｖ溝１４ｂ，１４ｆそれぞれに光ファイバ１３ｂ，１３ａが載置される。その他の構成は図２の光モジュール１０と同様であるので重複説明を省略する。実際に上記構成の光モジュールを製作したところ，短時間で容易にレンズ素子を実装することができ，このような構成の光モジュールで８５％の結合効率を得ることができた。
【００３８】
次に，本発明の第２の実施の形態にかかるレンズ素子２１について説明する。図４はレンズ素子２１の構成を示す斜視図である。レンズ素子２１が有する適合部は１箇所であり，この点が第１の実施の形態にかかるレンズ素子１と異なる特徴である。以下，この点に注目して説明し，レンズ素子１と同様の構成については，重複説明を省略する。
【００３９】
レンズ素子２１は，主にレンズ部２と，１つの適合部２４と，取扱部６とを有する。レンズ素子２１では，図４に示すようにレンズ部２は取扱部６の中央からやや右よりに位置している。適合部２４はここではレンズ部２の左側に位置しているが，右側に設けてもよい。適合部２４の構成は適合部４ａと同様である。すなわちレンズ素子２１は，図１に示すレンズ素子１のレンズ部２と適合部４ｂの間の所定位置を切断したものの一片となっている。レンズ素子２１もレンズ素子１と同様に，フォトリソ・エッチング技術を用いて，シリコン基板にエッチングを行うことにより作製可能である。
【００４０】
レンズ素子２１を用いて，レンズ素子１（１ａ，１ｂ）の代わりに図２，図３に示す光モジュールと同様の光モジュールを構成することができる。この場合，レンズ素子２１の光軸に垂直な方向の位置決めは１つの適合部２４のみで行われる。このため，適合部２４を中心にレンズ素子２１が回転する恐れがあるが，このレンズ素子２１に許容される公差範囲内の量であり，問題が生じることはない。レーザダイオード１２，光ファイバ１３は前述と同様に配置，固定される。
【００４１】
以上より，本実施の形態によれば，第１の実施の形態と同様に，レンズ部の寸法が制限されず，高精度に実装が可能になるという効果が得られる。また，第１の実施の形態では２つの適合部でレンズ素子の位置決めを行うために，２つの適合部の誤差を考慮しなければならなかったが，本実施の形態では，このような考慮は不要になる。
【００４２】
図５は，本発明の第３の実施の形態にかかるレンズ素子３１の構成を示す斜視図である。レンズ素子３１は，レンズ素子１の取扱部６の上面８および下面７に溝を付加した構成となっている。以下，この点に注目して説明し，レンズ素子１と同様の構成については，重複説明を省略する。
【００４３】
レンズ素子３１は，主にレンズ部２と，２つの適合部４ａ，４ｂと，取扱部３６とを有する。取扱部３６は図１に示す取扱部６に溝を設けたものであり，その他の構成は取扱部６と同様である。取扱部３６の上面３８には溝３９ａ，３９ｂが形成され，下面３７には溝３９ｃ，３９ｄが形成されている。これらの溝３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄはレンズ形成面およびレンズ形成面の対向面に開口部を有し，レンズ部２表面に垂直な方向に伸長する溝であり，ここでは略長方形の断面形状を有し，エッチングにより製作可能である。
【００４４】
図５に示すように溝３９ａ，３９ｂは，取扱部３６の一側部，すなわちここでは中央部よりも左側に位置している。この構成のために，レンズ部２の光軸を含み上面３８に垂直な仮想平面に対し，取扱部３６は左右非対称な構成となる。この非対称性のために，レンズ素子３１はレンズ形成面とその対向面を識別することが容易にできる。ここでは２つの溝３９ａ，３９ｂを設けているが，非対称性が得られるのであれば溝の数はこれに限定されない。
【００４５】
一方，溝３９ｃ，３９ｄはそれぞれ適合部４ａと張出部５の間，張出部５と適合部４ｂの間に位置し，ここではほぼ左右対称な位置に配置されているが，必ずしも左右対称に配置する必要はない。溝３９ｃ，３９ｄはレンズ素子３１を支持基板に実装する際の位置合わせ用の溝である。
【００４６】
図６は，レンズ素子３１を２つ用いた光モジュールの構成を説明するための斜視図である。光モジュール３０は，支持基板３４と，フォトダイオード３２と，直径１２５μｍのシングルモード光ファイバ１３と，２つのレンズ素子３１ａ，３１ｂとを有する。フォトダイオード３２，２つのレンズ素子３１ａ，３１ｂ，光ファイバ１３は，この順に所定の間隔をもって同一光軸を共有するように支持基板３４上に配置され光学的に結合される。
【００４７】
支持基板３４は，図２に示す支持基板１１の上面のＶ溝１４ａと溝１５の間，溝１５とＶ溝１４ｃの間に位置合わせマーク３３を設けたものであり，その他の溝等の構成は同様であるため，重複説明を省略する。位置合わせマーク３３はレンズ素子３１ａ，３１ｂを実装する際に位置合わせに用いるものであり，その位置は，２つのレンズ素子３１ａ，３１ｂを支持基板３４に実装した際に，溝３９ｃ，３９ｄの開口部の位置と一致するように設けられている。位置合わせマーク３３はここでは，十字状のマークであるがこの形状に限定するものではなく，例えば凹部により構成してもよい。また，位置合わせマーク３３の数はここでは，４つとしているが，必要に応じてさらに増やしてもよい。
【００４８】
支持基板３４上へのレンズ素子３１ａ，３１ｂの実装について説明する。まず，レンズ素子３１ａ，３１ｂは，溝３９ａ，３９ｂによる非対称性を利用してレンズ形成面の確認を行う。そして，２つのレンズ素子３１ａ，３１ｂのそれぞれの溝３９ｃ，３９ｄの開口部と，支持基板３４上の位置合わせマーク３３とを基準にして位置合わせを行い，ＣＣＤカメラ等による画像処理を利用して，２つのレンズ素子３１ａ，３１ｂを配置する。これにより，光軸方向の位置決めがなされる。光軸に垂直な方向の位置決めについては，前述のように，適合部４ａ，４ｂがＶ溝１４ａ，１４ｃに当接するよう配置されることにより行われる。適切な位置にレンズ素子３１ａ，３１ｂが配置されたことが確認されたら各レンズ素子を支持基板３４に接合する。
【００４９】
従来では，レンズ素子を実装する際，レンズ形成面の上辺を基準にして位置決めを行い実装することが多かった。しかしながら，従来のこの方法ではレンズの外形の形状によっては，実装誤差が生じることがあった。特に，エッチング等により側面が形成されるレンズでは，側面はレンズが形成された面に垂直な方向と若干の角度を有することがある。この場合，レンズの傾きに伴い，光軸方向の距離の誤差が生じ，レンズ素子とフォトダイオードや光ファイバとの光結合の効率を低下させる深刻な原因となっていた。
【００５０】
それに対して本実施の形態では，取扱部の下面に形成された位置合わせ用の溝３９ｃ，３９ｄを用いて位置決めを行うため，レンズ素子の外形の形状によらず，短時間で容易に高精度にレンズを実装することができる。
【００５１】
実際に上記構成の光モジュールを製作したところ，短時間で容易にレンズ素子を高精度に実装することができ，このような構成の光モジュールで６３％の結合効率を得ることができた。なお，図６に示す構成において，フォトダイオード３２の代わりにレーザダイオードや光ファイバを用いる構成も可能であり，レーザダイオードを用いた場合，４３％の結合効率を得ることができた。
【００５２】
以上より，本実施の形態によれば，第１の実施の形態と同様に，レンズ部の寸法が制限されず，高精度に実装が可能になるという効果が得られる。また，本実施の形態では，光学素子の位置合わせ用の溝と支持基板上の位置合わせマークを用いて位置合わせを行うことにより，レンズ素子の外形の形状によらず，実装精度をいっそう向上させることができる。さらに，非対称に形成された溝を有することにより，実装前にレンズ形成面を容易に判別することができる。
【００５３】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５４】
レンズ部，縁部，取扱部，適合部，張出部，溝，位置合わせマーク等の形状は上記例に限定されず，様々な形状が考えられる。例えば，レンズ部は，円形に限らず所望の形状で形成可能であり，また，屈折型のレンズ部としてもよい。レンズ素子が有する溝の断面形状は，上記の略長方形形状に限らず，略Ｖ字形状，略台形形状，略半円形状，略正方形形状，あるいは別の形状であってもよい。また，上記例では，光束変換部をレンズ部，また光学素子の例としてレンズ素子を例にとり説明したが，これに限定するものではない。例えば，光束変換部を光偏向部等とし，光学素子を光偏向素子等とした場合にも本発明は適用可能である。なお，前述の各実施の形態における光モジュールの例では，２つのレンズ素子を用いているが，レンズ素子の数はこれに限定するものではない。
【００５５】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，有効径の寸法によらずに高精度に実装可能な光学素子，およびその実装方法，並びに高精度に実装された光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係るレンズ素子の構成を示す斜視図である。
【図２】 図１のレンズ素子を用いた光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図３】 図１のレンズ素子を用いた別の光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態に係るレンズ素子の構成を示す斜視図である。
【図５】 本発明の第３の実施の形態に係るレンズ素子の構成を示す斜視図である。
【図６】 図５のレンズ素子を用いた光モジュールの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，２１，３１，３１ａ，３１ｂ レンズ素子
２ レンズ部
３ 縁部
４ａ，４ｂ，２４ 適合部
５ 張出部
６ 取扱部
７，３７ 下面
８，３８ 上面
９ 側面
１０，１６，３０ 光モジュール
１１，１８，３４ 支持基板
１２ レーザダイオード
１３，１３ａ，１３ｂ 光ファイバ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ Ｖ溝
１５ 溝
３２ フォトダイオード
３３ 位置合わせマーク
３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ 溝
【発明の属する技術分野】
本発明は，光通信機器に適用するのに好適な光学素子，該光学素子を含む光モジュール，および光学素子の実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野において，レーザダイオードや光ファイバと結合されるマイクロレンズ等の光学素子が，例えば特開平７−１９９００６号公報，特開平１１−２９５５６１号公報に開示されている。前者では球状のボールレンズを用いて結合することが提案されている。後者では円形のレンズの縁部に環状部分を設けたレンズが記載されている。
【０００３】
また，上記分野のレンズ等の光学素子としてフォトリソ・エッチングプロセスを用いて製造されたものが考案されている。これは例えば，シリコン基板上にレンズ等の所望の形状をフォトリソグラフィ工程で形成した後，エッチングを行ってシリコンの不要な部分を除去して所望の光学素子を形成したものである。
【０００４】
これらのレンズは，レーザダイオードや光ファイバ等が搭載される半導体支持基板上に形成された溝に配置されることにより，相互の光軸を一致させて光学的に適正に結合されるように位置決めされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
レーザダイオード等から出射する拡散光をレンズに入射させる際，レンズ径は拡散光の径より大きい十分な大きさを有することが必要である。場合によっては，レンズと光結合する光ファイバの径よりも大きな径のレンズが必要となる。ところで，従来ではレンズを実装する際，特開平１１−２９５５６１号公報に記載のように，基板に設けられた溝にレンズを載置し，その外周を接触させて実装している。前述のような光ファイバの径よりも大径のレンズについても，溝の寸法を光ファイバの外径より大きく形成して，同様に実装している。しかしながら，このような構成では，レンズの外形精度の点から実装精度の向上に難点を有する。
【０００６】
実装精度を向上するためには，レンズと光結合する光ファイバが実装される溝に，光ファイバの外径と同じ外径を有するレンズを配置することが好ましい。しかし，この場合，レンズの外径として許容される最大値は，シングルモード光ファイバの外径である１２５μｍとなり，レンズ径が制限されてしまう。このように従来では，レンズの寸法を制限することなく実装精度を向上させることが困難であった。
【０００７】
本発明の目的は，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，有効径の寸法によらずに高精度に実装可能な光学素子，およびその実装方法，並びに高精度に実装された光モジュールを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，部材配置用の溝を有する支持基板に実装される光学素子であって，光学基板の表面に形成された光束変換部と，前記光束変換部の外周以外の部位に設けられ，実装時に前記支持基板の前記溝に接する形状を有する適合部と，を具備することを特徴とする光学素子が提供される。
【０００９】
ここで光束変換部とは光束を変換する機能を有するものであり，例えば光束を収束，発散，反射，偏向等するものである。また，光束変換部は，配置条件により入射光束を平行光に変換するものも含む。光束変換部の具体例としては，レンズや，回折光学素子からなる素子等が挙げられる。
【００１０】
光学基板は結晶基板により構成してもよく，例えばシリコン結晶基板を用いることができる。また，その他の結晶基板としては，ＧａＡｓ，Ｉｎｐ，ＧａＰ，ＳｉＣ，Ｇｅ等を材料とする基板が挙げられる。
【００１１】
かかる構成によれば，光学素子を実装する際は適合部を支持基板の溝に接触させて載置することができるので，光束変換部の寸法を自由に設定でき，かつ，実装精度を向上させることが可能である。
【００１２】
その際に，適合部は２箇所に設けるようにしてもよく，適合部は円弧形状を有するようにし，この円弧形状の外径寸法は所定の光ファイバの外径寸法と略同一であるように構成することが好ましく，この場合，高精度な実装が可能である。
【００１３】
また，前記光束変換部の表面に略平行な面内で前記光束変換部より広い幅を有するように前記光束変換部の周辺の一部から延設された取扱部を具備し，前記光束変換部は前記光学基板の一方の面に形成され，前記取扱部は前記光学基板の両面のいずれか一方の面を特定すべく，前記光束変換部の光軸を含みかつ前記取扱部を横切る仮想平面に対して非対称に形成されているように構成してもよい。かかる構成によれば，光束変換部が形成されている面を容易に識別することができる。
【００１４】
さらに，前記取扱部における前記光束変換部表面に対し略垂直な面であって，且つ実装時に前記支持基板に近接する面に位置決め用の溝を設けるように構成してもよい。このように構成し，支持基板上に位置合わせマークを設けておけば，光学素子の位置決め用の溝と支持基板上の位置合わせマークとを基準にして位置合わせを行うことができ，光学素子の外形の形状によらずに，高精度かつ容易に実装することができる。
【００１５】
また，本発明の第２の観点によれば，上記に記載の光学素子を部材配置用の溝を有する支持基板上に実装する光学素子の実装方法であって，前記支持基板の前記溝と前記光学素子の前記適合部とを接触させて前記光学素子を配置することを特徴とする光学素子の実装方法が提供される。かかる構成によれば，光学素子を実装する際は適合部を支持基板の溝に接触させて配置することができるので，光束変換部の大きさによらず，高精度に実装することができる。
【００１６】
また，本発明の第３の観点によれば，上記に記載の光学素子を用いた光モジュールであって，表面に部材配置用の溝を有する支持基板と，前記支持基板の前記溝に前記光学素子の前記適合部が接するように配置された前記光学素子と，前記支持基板の前記溝に配置され，前記光学素子と光学的に結合される第１の光ファイバと，前記支持基板の前記溝に前記光学素子に対して前記第１の光ファイバと反対側に配置され，前記光学素子と光学的に結合される第２の光ファイバ，発光素子，受光素子のうちのいずれか１つと，を具備することを特徴とする光モジュールが提供される。
【００１７】
かかる構成によれば，適合部を支持基板の溝に接触させて配置しているので，光束変換部の大きさによらず，高精度に実装された光モジュールを提供できる。
【００１８】
その際に，前記光モジュールは前記光学素子を２つ具備するようにしてもよい。また，前記溝の断面形状は，略Ｖ字形状，略台形形状，略半円形状，略長方形形状，略正方形形状のいずれか１つであるように構成してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下，図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお，以下の説明および添付図面において，略同一の機能および構成を有する構成要素については，同一符号を付すことにより，重複説明を省略する。
【００２０】
図１は，本発明の第１の実施の形態にかかるレンズ素子１の構成を示す斜視図である。レンズ素子１は，光学基板からなり，光学素子を実装するための実装用溝を有する支持基板上に実装されるものである。レンズ素子１は，主にレンズ部２と，２つの適合部４ａ，４ｂと，取扱部６とを有する。ここでは，取扱部６は図１の左右方向に伸長した略直方体形状を有し，レンズ部２は取扱部６の中央付近に位置し，適合部４ａ，４ｂはそれぞれレンズ部２から離れた左右の側に位置している。
【００２１】
レンズ部２はここでは円形形状をしており，回折光学素子からなる。レンズ部２は，回折光学素子の１つであるＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）素子により形成してもよい。ＣＧＨ素子は，所望の光学特性を示す光学素子の光路差関数から所望の光学特性を得るに必要なフォトマスクのパターンをコンピュータを用いて求め，そのマスクパターンを用いて光学基板の表面の所望箇所にエッチング処理を施すことにより，所望の光学特性を有する回折型光学素子を形成したものである。
【００２２】
レンズ部２の下部側にはレンズ部２の外周の一部としての縁部３が位置し，レンズ部２の円周形状に沿った円弧形状を有する。この縁部３の円弧形状を呈する外形はレンズ形成面側からその対向面側まで延びており，レンズ部２の光軸を中心軸とする略円柱形状の一部である略蒲鉾形の形状となっている。取扱部６の中間位置から下方に張り出すこの略蒲鉾形の部分を張出部５と呼ぶ。この張出部５の２つの端面は取扱部６の所定の対応する面とそれぞれ同一平面となる。そしてこの張出部５の一方の端面とそれに対応する取扱部６の所定の面とで成す平面にレンズ部２が形成されている。以下，レンズ素子１において，レンズ部２が形成されている側の面をレンズ形成面と呼ぶ。なお，ここではレンズ部２の光軸はレンズ部２表面に垂直になるよう形成されている。レンズ部２の直径は例えば５０〜１０００μｍとすることができる。
【００２３】
２つの適合部４ａ，４ｂはともに縁部３から離れた位置にあり，取扱部６の下方から張り出すように形成されている。２つの適合部４ａ，４ｂは，その形状は張出部５と類似の略蒲鉾形の形状であり，レンズ部２の光軸と平行な長軸方向を有する円柱形状の一部を成す。ただし，適合部４ａ，４ｂの円弧形状の外径寸法は，張出部５の円弧形状の外径寸法と同一にする必要はなく，レンズ素子１が光結合する光ファイバの外径寸法と等しくなるよう構成され，ここではその外径寸法はφ１２５μｍである。適合部４ａ，４ｂは，レンズ素子１を実装用溝を有する支持基板上に実装する際に，実装用溝に当接する部分となる。なお，ここでは，適合部４ａ，４ｂは，レンズ部２を中心にほぼ対称な位置に配置されているが，必ずしもこの必要はない。
【００２４】
取扱部６は，レンズ部２の周辺の上部側を取り巻くように延設され，レンズ部２表面に略平行な面内でレンズ部２より広い幅を有し，レンズ部２，縁部３，張出部５，適合部４ａ，４ｂと一体的に形成されている。取扱部６の下面７から張出部５，適合部４ａ，４ｂが突設されており，下面７はレンズ素子１を支持基板に実装した際に，支持基板に近接する面となる。取扱部６の上面８および側面９は平坦に形成されている。これらの面を平坦面とすることにより，上方あるいは側方から保持手段によりレンズ素子１を保持することが容易になる。保持手段としては例えば，挟持手段や吸引保持する負圧吸盤のような負圧保持手段が考えられる。
【００２５】
なお，上述の説明では，縁部３はレンズ部２を囲むように設けられているが，レンズ部２の外周が縁部３を構成するようになっていてもよい。レンズ素子１を形成する光学基板としては，結晶基板を用いることができる。特に，レンズ素子１を適用する光学系の光源の波長が１．３μｍまたは１．５μｍである場合には，シリコン結晶基板を用いることができる。
【００２６】
レンズ素子１は，例えば半導体技術で用いられるフォトリソ・エッチング技術を用いて，シリコン基板にレンズ素子１に対応する形状のパターンをフォトマスクパターンとして用いてエッチングを行うことにより作製可能である。
【００２７】
図２は，レンズ素子１を２つ用いた光モジュールの構成を説明するための斜視図である。光モジュール１０は，支持基板１１と，レーザダイオード１２と，直径１２５μｍのシングルモード光ファイバ１３と，２つのレンズ素子１ａ，１ｂを有する。レーザダイオード１２，２つのレンズ素子１ａ，１ｂ，光ファイバ１３は，この順に所定の間隔をもって同一光軸を共有するように支持基板１１上に配置され光学的に結合される。支持基板１１は部材配置用の溝を有し，図２では溝を明示するためにレンズ素子１を実装する前の状態を示している。
【００２８】
支持基板１１は，例えばシリコン結晶基板からなる。支持基板１１は，その上面に平行に並列に形成された３つのＶ溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃと，Ｖ溝１４ｂと連通した溝１５とを有する。Ｖ溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃは全て断面形状がＶ字状の溝であり，直径１２５μｍのシングルモード光ファイバを載置可能な寸法を有する。Ｖ溝１４ａ，１４ｃは支持基板１１の一端から途中までに形成された溝であり，それぞれレンズ素子１の適合部４ａ，４ｂが当接される。Ｖ溝１４ｂは支持基板１１の一端から溝１５までに形成された溝であり，光ファイバ１３が載置される。溝１５はＶ溝１４ｂから支持基板１１の途中までに形成された溝であり，断面形状が略台形状の溝で，Ｖ溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃより大きく，２つのレンズ素子１ａ，１ｂのそれぞれの張出部５を収納可能である。
【００２９】
Ｖ溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃは例えば異方性エッチングにより形成できる。溝１５は，Ｖ溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃを形成した後にこれらの一部を保護したまま，別の適当なパターン形状のマスクを用いて再度エッチングを行うことにより形成できる。
【００３０】
支持基板１１上への上記各部品の実装について説明する。レーザダイオード１２は支持基板１１上部からマーカーを用いて高精度に位置決めし，半田バンプ等で接合する。２つのレンズ素子１ａ，１ｂは，図２の矢印で示すようにそれぞれの張出部５が溝１５内に位置し，適合部４ａ，４ｂがＶ溝１４ａ，１４ｃに当接するよう配置される。これにより光軸に垂直な方向の位置決めがなされる。光軸方向の位置に関しては，マーカーを用いて位置決めし，例えばＣＣＤカメラ等による画像処理を利用して配置する。
【００３１】
ここでは，レーザダイオード１２側のレンズ素子１ａは，そのレンズ部２がレーザダイオード１２に対向するよう配置され，光ファイバ１３側のレンズ素子１ｂはそのレンズ部２が光ファイバ１３の端面に対向するよう配置される。レンズ素子１ａ，１ｂの配置の際には，平坦面である上面８または側面９を適当な保持手段により保持して行う。適切な位置にレンズ素子１ａ，１ｂが配置されたことが確認されたら各レンズ素子を支持基板１１に接合する。光ファイバ１３は，その端部をＶ溝１４ｂに載置して樹脂等を用いて接合する。
【００３２】
上記のように各部品が配置された光モジュール１０では，レーザダイオード１２から出射した発散光はレーザダイオード１２側のレンズ素子１ａに入射してそのレンズ部２により平行光に変換される。その後，光は光ファイバ１３側のレンズ素子１ｂに入射してそのレンズ部２により光ファイバ１３の端面の中心部に入射するよう集光され，光ファイバ１３に入射する。
【００３３】
実際に上記構成の光モジュールを製作したところ，短時間で容易に±１μｍの高精度でレンズ素子を実装することができ，４０％の結合効率を得ることができた。
【００３４】
本実施の形態では，レンズ部の外周以外に設けた適合部で支持基板に当接するよう構成し，適合部の外径を光ファイバの外径と同一にしているため，レンズ素子を高精度に実装することができる。また，レンズ部の外形寸法は実装精度に影響を及ぼさないため，レンズ部の寸法を自由に設定でき，かつ実装精度を確保することが可能である。このことは特に，有効径の大きなレンズ素子を高精度に実装したい場合に有効である。有効径の大きなレンズ素子を用いれば，レーザダイオードからの拡散光を効率よくレンズ部に入射させることができるため，レンズ素子とレーザダイオードとの距離を大きくとることが可能になり，部品配置の設計の自由度が向上する。
【００３５】
なお，図２に示す構成において，レーザダイオード１２の代わりにフォトダイオードや光ファイバを用いる構成も可能である。図３にレンズ素子１を２つ用いて光ファイバと光ファイバの光結合を行う光モジュール１６の構成を説明するための斜視図を示す。光モジュール１６は，支持基板１８と，２つの直径１２５μｍのシングルモード光ファイバ１３ａ，１３ｂと，２つのレンズ素子１ａ，１ｂを有する。光ファイバ１３ａ，２つのレンズ素子１ａ，１ｂ，光ファイバ１３ｂは，この順に所定の間隔をもって同一光軸を共有するように支持基板１８上に配置され光学的に結合される。支持基板１８は部材配置用の溝を有し，図３では，溝を明示するためにレンズ素子１を実装する前の状態を示している。
【００３６】
支持基板１８は，部材配置用の溝の構成が図２に示す支持基板１１と異なる。支持基板１８では，支持基板１１のＶ溝１４ａ，１４ｃに代わり，それぞれＶ溝１４ｄ，１４ｅが形成されている。Ｖ溝１４ｄ，１４ｅは支持基板１１の一端から他端にわたって形成されている点のみＶ溝１４ａ，１４ｃと異なり，その他の構成は同様である。また，支持基板１８では，溝１５と連通する溝として図２のＶ溝１４ｂに加え，Ｖ溝１４ｂの反対側に新たにＶ溝１４ｆが形成されている。Ｖ溝１４ｆはＶ溝１４ｂの延長上にあり，溝１５から支持基板１８の他端までに形成されており，Ｖ溝１４ｂと同様の構成を有する。すなわち，Ｖ溝１４ｂ，１４ｆは，支持基板１１の一端から他端にわたって形成された一本のＶ溝が溝１５により分断されたものと考えることができる。
【００３７】
光モジュール１６では，Ｖ溝１４ｄ，１４ｅにレンズ素子１ａ，１ｂのそれぞれの適合部４ａ，４ｂが当接するよう配置され，Ｖ溝１４ｂ，１４ｆそれぞれに光ファイバ１３ｂ，１３ａが載置される。その他の構成は図２の光モジュール１０と同様であるので重複説明を省略する。実際に上記構成の光モジュールを製作したところ，短時間で容易にレンズ素子を実装することができ，このような構成の光モジュールで８５％の結合効率を得ることができた。
【００３８】
次に，本発明の第２の実施の形態にかかるレンズ素子２１について説明する。図４はレンズ素子２１の構成を示す斜視図である。レンズ素子２１が有する適合部は１箇所であり，この点が第１の実施の形態にかかるレンズ素子１と異なる特徴である。以下，この点に注目して説明し，レンズ素子１と同様の構成については，重複説明を省略する。
【００３９】
レンズ素子２１は，主にレンズ部２と，１つの適合部２４と，取扱部６とを有する。レンズ素子２１では，図４に示すようにレンズ部２は取扱部６の中央からやや右よりに位置している。適合部２４はここではレンズ部２の左側に位置しているが，右側に設けてもよい。適合部２４の構成は適合部４ａと同様である。すなわちレンズ素子２１は，図１に示すレンズ素子１のレンズ部２と適合部４ｂの間の所定位置を切断したものの一片となっている。レンズ素子２１もレンズ素子１と同様に，フォトリソ・エッチング技術を用いて，シリコン基板にエッチングを行うことにより作製可能である。
【００４０】
レンズ素子２１を用いて，レンズ素子１（１ａ，１ｂ）の代わりに図２，図３に示す光モジュールと同様の光モジュールを構成することができる。この場合，レンズ素子２１の光軸に垂直な方向の位置決めは１つの適合部２４のみで行われる。このため，適合部２４を中心にレンズ素子２１が回転する恐れがあるが，このレンズ素子２１に許容される公差範囲内の量であり，問題が生じることはない。レーザダイオード１２，光ファイバ１３は前述と同様に配置，固定される。
【００４１】
以上より，本実施の形態によれば，第１の実施の形態と同様に，レンズ部の寸法が制限されず，高精度に実装が可能になるという効果が得られる。また，第１の実施の形態では２つの適合部でレンズ素子の位置決めを行うために，２つの適合部の誤差を考慮しなければならなかったが，本実施の形態では，このような考慮は不要になる。
【００４２】
図５は，本発明の第３の実施の形態にかかるレンズ素子３１の構成を示す斜視図である。レンズ素子３１は，レンズ素子１の取扱部６の上面８および下面７に溝を付加した構成となっている。以下，この点に注目して説明し，レンズ素子１と同様の構成については，重複説明を省略する。
【００４３】
レンズ素子３１は，主にレンズ部２と，２つの適合部４ａ，４ｂと，取扱部３６とを有する。取扱部３６は図１に示す取扱部６に溝を設けたものであり，その他の構成は取扱部６と同様である。取扱部３６の上面３８には溝３９ａ，３９ｂが形成され，下面３７には溝３９ｃ，３９ｄが形成されている。これらの溝３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄはレンズ形成面およびレンズ形成面の対向面に開口部を有し，レンズ部２表面に垂直な方向に伸長する溝であり，ここでは略長方形の断面形状を有し，エッチングにより製作可能である。
【００４４】
図５に示すように溝３９ａ，３９ｂは，取扱部３６の一側部，すなわちここでは中央部よりも左側に位置している。この構成のために，レンズ部２の光軸を含み上面３８に垂直な仮想平面に対し，取扱部３６は左右非対称な構成となる。この非対称性のために，レンズ素子３１はレンズ形成面とその対向面を識別することが容易にできる。ここでは２つの溝３９ａ，３９ｂを設けているが，非対称性が得られるのであれば溝の数はこれに限定されない。
【００４５】
一方，溝３９ｃ，３９ｄはそれぞれ適合部４ａと張出部５の間，張出部５と適合部４ｂの間に位置し，ここではほぼ左右対称な位置に配置されているが，必ずしも左右対称に配置する必要はない。溝３９ｃ，３９ｄはレンズ素子３１を支持基板に実装する際の位置合わせ用の溝である。
【００４６】
図６は，レンズ素子３１を２つ用いた光モジュールの構成を説明するための斜視図である。光モジュール３０は，支持基板３４と，フォトダイオード３２と，直径１２５μｍのシングルモード光ファイバ１３と，２つのレンズ素子３１ａ，３１ｂとを有する。フォトダイオード３２，２つのレンズ素子３１ａ，３１ｂ，光ファイバ１３は，この順に所定の間隔をもって同一光軸を共有するように支持基板３４上に配置され光学的に結合される。
【００４７】
支持基板３４は，図２に示す支持基板１１の上面のＶ溝１４ａと溝１５の間，溝１５とＶ溝１４ｃの間に位置合わせマーク３３を設けたものであり，その他の溝等の構成は同様であるため，重複説明を省略する。位置合わせマーク３３はレンズ素子３１ａ，３１ｂを実装する際に位置合わせに用いるものであり，その位置は，２つのレンズ素子３１ａ，３１ｂを支持基板３４に実装した際に，溝３９ｃ，３９ｄの開口部の位置と一致するように設けられている。位置合わせマーク３３はここでは，十字状のマークであるがこの形状に限定するものではなく，例えば凹部により構成してもよい。また，位置合わせマーク３３の数はここでは，４つとしているが，必要に応じてさらに増やしてもよい。
【００４８】
支持基板３４上へのレンズ素子３１ａ，３１ｂの実装について説明する。まず，レンズ素子３１ａ，３１ｂは，溝３９ａ，３９ｂによる非対称性を利用してレンズ形成面の確認を行う。そして，２つのレンズ素子３１ａ，３１ｂのそれぞれの溝３９ｃ，３９ｄの開口部と，支持基板３４上の位置合わせマーク３３とを基準にして位置合わせを行い，ＣＣＤカメラ等による画像処理を利用して，２つのレンズ素子３１ａ，３１ｂを配置する。これにより，光軸方向の位置決めがなされる。光軸に垂直な方向の位置決めについては，前述のように，適合部４ａ，４ｂがＶ溝１４ａ，１４ｃに当接するよう配置されることにより行われる。適切な位置にレンズ素子３１ａ，３１ｂが配置されたことが確認されたら各レンズ素子を支持基板３４に接合する。
【００４９】
従来では，レンズ素子を実装する際，レンズ形成面の上辺を基準にして位置決めを行い実装することが多かった。しかしながら，従来のこの方法ではレンズの外形の形状によっては，実装誤差が生じることがあった。特に，エッチング等により側面が形成されるレンズでは，側面はレンズが形成された面に垂直な方向と若干の角度を有することがある。この場合，レンズの傾きに伴い，光軸方向の距離の誤差が生じ，レンズ素子とフォトダイオードや光ファイバとの光結合の効率を低下させる深刻な原因となっていた。
【００５０】
それに対して本実施の形態では，取扱部の下面に形成された位置合わせ用の溝３９ｃ，３９ｄを用いて位置決めを行うため，レンズ素子の外形の形状によらず，短時間で容易に高精度にレンズを実装することができる。
【００５１】
実際に上記構成の光モジュールを製作したところ，短時間で容易にレンズ素子を高精度に実装することができ，このような構成の光モジュールで６３％の結合効率を得ることができた。なお，図６に示す構成において，フォトダイオード３２の代わりにレーザダイオードや光ファイバを用いる構成も可能であり，レーザダイオードを用いた場合，４３％の結合効率を得ることができた。
【００５２】
以上より，本実施の形態によれば，第１の実施の形態と同様に，レンズ部の寸法が制限されず，高精度に実装が可能になるという効果が得られる。また，本実施の形態では，光学素子の位置合わせ用の溝と支持基板上の位置合わせマークを用いて位置合わせを行うことにより，レンズ素子の外形の形状によらず，実装精度をいっそう向上させることができる。さらに，非対称に形成された溝を有することにより，実装前にレンズ形成面を容易に判別することができる。
【００５３】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５４】
レンズ部，縁部，取扱部，適合部，張出部，溝，位置合わせマーク等の形状は上記例に限定されず，様々な形状が考えられる。例えば，レンズ部は，円形に限らず所望の形状で形成可能であり，また，屈折型のレンズ部としてもよい。レンズ素子が有する溝の断面形状は，上記の略長方形形状に限らず，略Ｖ字形状，略台形形状，略半円形状，略正方形形状，あるいは別の形状であってもよい。また，上記例では，光束変換部をレンズ部，また光学素子の例としてレンズ素子を例にとり説明したが，これに限定するものではない。例えば，光束変換部を光偏向部等とし，光学素子を光偏向素子等とした場合にも本発明は適用可能である。なお，前述の各実施の形態における光モジュールの例では，２つのレンズ素子を用いているが，レンズ素子の数はこれに限定するものではない。
【００５５】
【発明の効果】
以上，詳細に説明したように本発明によれば，有効径の寸法によらずに高精度に実装可能な光学素子，およびその実装方法，並びに高精度に実装された光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係るレンズ素子の構成を示す斜視図である。
【図２】 図１のレンズ素子を用いた光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図３】 図１のレンズ素子を用いた別の光モジュールの構成を示す斜視図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態に係るレンズ素子の構成を示す斜視図である。
【図５】 本発明の第３の実施の形態に係るレンズ素子の構成を示す斜視図である。
【図６】 図５のレンズ素子を用いた光モジュールの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，２１，３１，３１ａ，３１ｂ レンズ素子
２ レンズ部
３ 縁部
４ａ，４ｂ，２４ 適合部
５ 張出部
６ 取扱部
７，３７ 下面
８，３８ 上面
９ 側面
１０，１６，３０ 光モジュール
１１，１８，３４ 支持基板
１２ レーザダイオード
１３，１３ａ，１３ｂ 光ファイバ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ Ｖ溝
１５ 溝
３２ フォトダイオード
３３ 位置合わせマーク
３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ 溝
Claims (12)
- 部材配置用の溝を有する支持基板に実装される光学素子であって，
光学基板の表面に形成された光束変換部と，
前記光束変換部の外周の一部としての縁部と，
前記光束変換部の周辺の上部側に延設され，該光束変換部に略平行な面内で該光束変換部より広い幅を有する取扱部と，
該取扱部に一体的に形成されると共に，該取扱部の下面から突設され，かつ前記光束変換部の外周以外の部位に設けられる適合部と，
を具備し，
前記光束変換部は前記光学基板の一方の面に形成され，
前記取扱部は，前記光束変換部の光軸を含みかつ前記取扱部を垂直に横切る平面に対して非対称に形成されていることを特徴とする光学素子。 - 前記適合部は２つあることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
- 前記適合部は円弧形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
- 前記取扱部における前記光束変換部表面に対し略垂直な面であって，且つ実装時に前記支持基板に近接する面に位置決め用の溝を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学素子。
- 前記光学基板はシリコン結晶基板であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学素子。
- 前記光束変換部は回折光学素子からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学素子。
- 前記光束変換部はレンズであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光学素子。
- 請求項１から７のいずれか１項に記載の光学素子を部材配置用の溝を有する支持基板上に実装する光学素子の実装方法であって，
前記支持基板の前記溝と前記光学素子の前記適合部とを接触させて前記光学素子を配置することを特徴とする光学素子の実装方法。 - 請求項１から７のいずれか１項に記載の光学素子を用いた光モジュールであって，
表面に部材配置用の溝を有する支持基板と，
前記支持基板の前記溝に前記光学素子の前記適合部が接するように配置された前記光学素子と，
前記支持基板の前記溝に配置され，前記光学素子と光学的に結合される第１の光ファイバと，
前記支持基板の前記溝に前記光学素子に対して前記第１の光ファイバと反対側に配置され，前記光学素子と光学的に結合される第２の光ファイバ，発光素子，受光素子のうちのいずれか１つと，
を具備することを特徴とする光モジュール。 - 前記光学素子を２つ具備することを特徴とする請求項９に記載の光モジュール。
- 前記支持基板の前記溝の断面形状は，略Ｖ字形状，略台形形状，略半円形状，略長方形形状，略正方形形状のいずれか１つであることを特徴とする請求項９または１０に記載の光モジュール。
- 前記適合部は円弧形状を有し、
前記円弧形状の外径寸法は前記第１の光ファイバの外径寸法と略同一であることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の光モジュール。
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