JP2004086157A - 光トランシーバ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造工程をより簡易化することを可能とする光トランシーバを提供する。
【解決手段】本発明の光トランシーバ（１）は、光ファイバ（２０３）の一端部に設けられた光プラグ（２００）を取付けるための光ソケット（１３７）と、光を集光する集光手段（１３５、１３６）と、供給される電気信号に応じて発光し又は供給される受光信号に応じて電気信号を発生する光素子（１３３、１３４）と、光ファイバ（２０３）、集光手段（１３５、１３６）及び光素子（１３３、１３４）が１つの光軸上に揃うように光ソケット、集光手段及び光素子をそれぞれ支持する光透過性の基板（１３１）と、を含み、上記基板（１３１）に、当該基板（１３１）の厚み方向に貫通するように形成され、光軸に沿って集光手段（１３５，１３６）と光素子（１３３，１３４）の相互間に配置される光導波路（１３９）を設け、当該光導波路（１３９）を通して光を進行させるように構成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の光トランシーバ（１）は、光ファイバ（２０３）の一端部に設けられた光プラグ（２００）を取付けるための光ソケット（１３７）と、光を集光する集光手段（１３５、１３６）と、供給される電気信号に応じて発光し又は供給される受光信号に応じて電気信号を発生する光素子（１３３、１３４）と、光ファイバ（２０３）、集光手段（１３５、１３６）及び光素子（１３３、１３４）が１つの光軸上に揃うように光ソケット、集光手段及び光素子をそれぞれ支持する光透過性の基板（１３１）と、を含み、上記基板（１３１）に、当該基板（１３１）の厚み方向に貫通するように形成され、光軸に沿って集光手段（１３５，１３６）と光素子（１３３，１３４）の相互間に配置される光導波路（１３９）を設け、当該光導波路（１３９）を通して光を進行させるように構成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを媒体として送信又は受信を行い、あるいは送信及び受信の両方を行う光トランシーバ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、コンピュータ装置相互間の直接接続、コンピュータ装置及びデジタルオーディオ・ビデオ機器の相互接続などに、光ファイバを用いるものがある。このような装置には、電気信号を光信号に変えて光ファイバに送ると共に、光ファイバから受けた光信号を電気信号に戻す光トランシーバが使用される。光トランシーバは、例えば、光ファイバの一端部に取り付けられたプラグが挿入されるソケット、該光ファイバの一端部と受光素子や発光素子などの光素子との間に配置されて光を集光するボールレンズと、パラレル信号をシリアル信号に変換して光素子を駆動したり、受光信号を増幅し、シリアル信号からパラレル信号に変換したりするＩＣ回路基板などから構成されている。
【０００３】
このような光トランシーバの従来の製造方法は、通常、１） カンパッケージ内にレーザダイオード（ＬＤ）チップを実装し、このチップとリード線のボンディングを行う。また、カンパッケージの出射窓にボールレンズを接着し、レンズ付きカンパッケージを組み立てる。２） このカンパッケージを光ソケットの一方の挿入穴に挿入し、他方からファイバ付きフェルールを挿入する。カンパッケージのリード線にはＬＤが発光するように電流を流し、ファイバに結合された光量を測定し、一番結合効率の良い位置でカンパッケージと光ソケットを接着固定する（アクティブアライメント）。３）カンパッケージのリード線を回路基板に半田付けする。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１２２５８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光トランシーバの製造方法では、構成部品を組み立てる際に三次元的な複雑な位置合わせを行わなければならず、製造工程中に占める手作業の割合が大きい。これは結果的に製品のコストを増大させる。
【０００６】
よって、本発明は、製造工程をより簡易化することを可能とする光トランシーバの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の光トランシーバは、光ファイバの一端部に設けられた光プラグを取付けるための光ソケットと、光を集光する集光手段と、供給される電気信号に応じて発光し又は供給される受光信号に応じて電気信号を発生する光素子と、上記光ファイバ、上記集光手段及び上記光素子が１つの光軸上に揃うように上記光ソケット、上記集光手段及び上記光素子をそれぞれ支持する光透過性の基板と、を含み、上記基板に、当該基板の厚み方向に貫通するように形成され、上記光軸に沿って集光手段と光素子の相互間に配置される光導波路を設け、当該光導波路を通して前記光を進行させるように構成している。
【０００８】
かかる構成とすることによって、光透過性基板を利用して光素子、集光手段、光ソケットを組み合わせることが可能となる。また、光素子から基板側に向けて出射される光、或いは光ファイバから基板側に向けて出射される光の大部分が光導波路に入射する程度に光素子、集光手段及び光ソケットの相互間の位置合わせを行えば、光導波路を介して光学的結合が図られるので、位置合わせに要求される精度を低くすることが可能となる。これらにより、製造工程の容易化とそれに伴う低コスト化を達成することが可能となる。更には、光導波路の外部へ光が漏れにくくなるために光の利用効率が向上する利点や、基板上に複数に光素子を配置して多チャンネルの通信を行う場合にも、光素子の相互間における漏れ光によるクロストークの発生を極力抑えることが可能となる等の利点がある。
【０００９】
好ましくは、上記光素子は上記基板の一方面に配置され、上記集光手段及び上記光ソケットは上記基板の他方面の上記光素子に対応する位置に配置される。それにより、光透過性基板の両面及びその厚みを利用して送受信を行う光素子、集光手段、光ソケットを組み合わせることが可能となる。
【００１０】
好ましくは、上記光導波路は、基板の構成材料の屈折率よりも高い屈折率を有する部材により構成される。当該部材としては、例えば、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が好適に用いられる。これにより、光ファイバ等と同様な構造からなる光導波路を容易に構成することができ、構造の簡素化が図られると共に製造が容易となる。
【００１１】
好ましくは、上記光導波路は、第１の屈折率を有する第１の部材と、この第１の屈折率よりも低い屈折率を有し、第１の部材の周囲を取り囲むように配置される第２の部材とを含んで構成される。更に好ましくは、かかる光導波路は、光ファイバ又はベアファイバのいずれかを用いて構成される。これにより、光ファイバ又はベアファイバを貫通孔内に埋め込んで固着させることで光導波路を形成できるので、製造が容易になる。なお、第１及び第２の部材をそれぞれ光硬化性樹脂などを用いて光導波路を形成してもよい。
【００１２】
好ましくは、上記基板は透明度や耐熱性等に優れるガラス基板であるが、プラスチック基板等を使用してもよい。
【００１３】
好ましくは、上記光ソケットは上記基板と接着や融着、ねじ止めその他の方法によって接合される。
【００１４】
好ましくは、上記集光手段は、屈折型レンズ、フレネル型レンズ、ボールレンズ（略球状のレンズ）及びセルフォック型レンズのいずれかによって構成される。それにより、光素子と光ファイバ端部間の光ロスを減少することが可能となる。ここで、本明細書において「フレネル型レンズ」とは、断面が鋸波形状（キノフォーム形状）であり、透過光の大部分が略１点に集光されるように同心円状に形成されたレンズをいい、「回折格子型のレンズ」と称される場合もある。
【００１５】
好ましくは、上記集光手段は、光ソケットに支持される。例えば、レンズ内蔵型の光ソケットが好適に用いられる。
【００１６】
本発明の光トランシーバの製造方法は、光透過性の基板に貫通孔を形成し、当該貫通孔に光導波路を形成する工程と、この光導波路の形成位置に対応して光透過性の基板の一方の面に配線パターンを担う配線膜を形成する工程と、この配線膜の予め定められた位置に発光または受光機能を備える光素子を接続する工程と、上記基板の他方の面にレンズを配置する工程と、上記基板の他方の面に光ファイバの一端部を保持する光プラグを取付けるための光ソケットを取り付ける工程と、を含む。
【００１７】
また、本発明の光トランシーバの製造方法は、光透過性の基板に貫通孔を形成し、当該貫通孔に光導波路を形成する工程と、この光導波路の形成位置に対応して光透過性の基板の一方の面に配線パターンを担う配線膜を形成する工程と、この配線膜の予め定められた位置に発光または受光機能を備える光素子を接続する工程と、上記基板の他方の面に光ファイバの一端部を保持する光プラグを取付けるための光ソケットであって、レンズを内蔵する光ソケットを取り付ける工程と、含む。ここで、光ソケットに内蔵されるレンズとは、光ソケットの本体の内部或いは端部近傍などに取り付けられており、光ファイバに入射する、あるいは光ファイバから出射する光を集光する機能を担うものである。
【００１８】
かかる構成とすることによって、光透過性基板を使用した光トランシーバを製造することが可能となる。
【００１９】
また、本発明の光トランシーバの製造方法は、光透過性の基板に複数の貫通孔を形成し、当該貫通孔のそれぞれに光導波路を形成する光導波路形成工程と、これらの光導波路の形成位置のそれぞれに対応して基板の一方の面の複数箇所に単位配線パターンの配線膜を形成する配線膜形成工程と、上記複数箇所の単位配線パターンに対応して上記基板の一方の面に複数の光素子をそれぞれ配置する光素子配置工程と、上記基板の他方の面に上記複数の光素子に対応して複数のレンズをそれぞれ配置するレンズ配置工程と、上記基板の他方の面に上記光素子及び上記レンズの対の複数に対応して各々が光ファイバの一端部を保持する光プラグを取り付けるための嵌合孔を有する複数の光ソケットをそれぞれ取り付ける光ソケット取付工程と、上記基板を各単位配線パターンを含む領域毎に切り分ける切断工程と、を含む。
【００２０】
また、本発明の光トランシーバの製造方法は、光透過性の基板に複数の貫通孔を形成し、当該貫通孔のそれぞれに光導波路を形成する光導波路形成工程と、これらの光導波路の形成位置のそれぞれに対応して基板の一方の面の複数箇所に単位配線パターンの配線膜を形成する配線膜形成工程と、上記複数箇所の単位配線パターンに対応して上記基板の一方の面に複数の光素子をそれぞれ配置する光素子配置工程と、上記基板の他方の面に上記光素子及び上記レンズの対の複数に対応して各々が光ファイバの一端部を保持する光プラグを取り付けるための嵌合孔を有するとともに、レンズを内蔵する複数の光ソケットをそれぞれ取り付ける光ソケット取付工程と、上記基板を各単位配線パターンを含む領域毎に切り分ける切断工程と、を含む。
【００２１】
かかる構成とすることによって、一つの親基板上に多数の光トランシーバを同時に造り込み、最終的に各単体の光トランシーバに切り分けることで、要素部品の実装を連続的かつ高速に行うことが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、光トランシーバの構成例を示している。同図（ａ）は光トランシーバ１を水平方向にカットして内部配置を示す断面図、同図（ｂ）は図（ａ）のＩ−Ｉ’方向における断面図である。
【００２４】
図１に示すように、光トランシーバ１の筐体１１の内部には、信号処理回路基板１２と光結合ユニット１３が設けられている。信号処理回路基板１２には、外部から供給されるパラレル信号をシリアル信号に変換するパラレル−シリアル信号変換回路１２１、シリアル信号を発光素子１３３の駆動信号に変える駆動回路１２２、受光素子１３４の受光信号を波形整形し、レベル増幅する増幅回路１２４、受光信号をパラレル信号に変換するシリアル−パラレル信号変換回路１２３、図示しないマザーボード等への配線接続と取付けとを行うためのリードフレーム１２５等が設けられている。
【００２５】
光結合ユニット１３は、透明なガラス基板１３１に、配線膜１３２、発光素子１３３、受光素子１３４、結合レンズ１３５、１３６等を配置してなる光回路基板１３０と、図示しない光ファイバの一端に設けられた光プラグと接続される光ソケット１３７、光回路基板１３０に光ソケット１３７を取り付ける接合膜１３８等によって構成される。光ソケット１３７（あるいは光結合ユニット１３）と光プラグとは光コネクタ（図３参照）を構成する。
【００２６】
なお、通常、挿入する側をプラグ、挿入される側をソケットと称しているが、本件の説明においては、単に、コネクタを構成する一方側（光線路側）をプラグ、他方側（基板側）をソケットと称しており、雌雄の形状に限定されるものではない。
【００２７】
図２は、図１（ａ）に示された光結合ユニット１３の部分を拡大して説明する図である。図２（ａ）は、プラグ挿入孔側から光結合ユニット１３側を見た図を示しており、同図（ｂ）は、光結合ユニット１３の断面図である。各図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００２８】
光回路基板１３０は、光信号を透過させる透明基板１３１、この透明基板１３１の内側（筐体内部側）表面に形成された配線パターン１３２、この配線パターン１３２に接続される発光素子１３３（又は受光素子１３４）、透明基板１３１の外側（光プラグ側）表面に配置された結合レンズ１３５、及び発光素子１３３の配置位置に対応して透明基板１３１を貫通するように形成された光導波路１３９を含んでいる。
【００２９】
発光素子１３３は、例えば、レーザビームを発生する面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。受光素子１３４（図１（ａ）参照）は、フォトトランジスタやフォトダイオードなどの受光光量に応じた電流を発生する光検出素子である。光ソケット１３７の、光プラグの光ファイバを保持するフェルール（後述の図３参照）が挿入されるスリーブ１３７ａは環状あるいは円筒状に形成される。フェルールの挿入を案内するスリーブ１３７ａの嵌合孔１３７ｂの底部中央は開口部１３７ｃとなっている。この開口部１３７ｃに、基板１３１に形成された結合レンズ１３５（又は１３６）が露出している。嵌合孔１３７ｂは、光ソケット１３７を貫通する孔となっている。
【００３０】
光導波路１３９は、透明基板１３１に対して、当該透明基板１３１の厚み方向に貫通するように形成されており、光軸に沿って結合レンズ１３５と発光素子１３３（又は受光素子１３４）の相互間に配置される。この光導波路１３９は、透明基板１３１の構成材料の屈折率よりも高い屈折率を有する部材により構成される。例えば、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が好適に用いられる。そして、この光導波路１３９を通して、発光素子１３３から出射される光が光ソケット１３７側へ進行し、又は光ファイバから出射される光が受光素子１３４側へ進行する。
【００３１】
図３は、光ソケット１３７に光プラグ２００が取り付けられた状態を示している。光ソケット１３７の円筒状のスリーブ１３７ａ内に光プラグ２００の円柱状のフェルール２０２が挿入され、フェルール２０２はプラグハウジング２０１によって保護されている。光ソケット１３７と光プラグ２００とは、図示しない係止手段によって固定される。係止手段は、例えば、プラグハウジング２０１に設けられた開閉可能なフックと光ソケット１３７に設けられた該フックが係合するスタッドである。フェルール２０２は光ファイバ２０３の端部を保持し、スリーブ１３７ａの円筒内部に挿入されることによって、該円筒の中心軸上に光ファイバ２０３の中心軸（光軸）を保持する。光ファイバ２０３の線路部分は被覆２０４によって保護されている。光ファイバ２０３のコアから放射された光はスリーブ１３７ａの底部の開口部１３７ｃに設けられている結合レンズ１３６と、透明基板１３１に設けられた光導波路１３９を経て受光素子１３４上に収束（あるいは集光）される。また、発光素子１３３から出射された光は透明基板１３１に設けられた光導波路１３９と、結合レンズ１３５を経て、光ファイバ２０３端部のコア部分に収束される。
【００３２】
図４は、他の光結合ユニット（光コネクタ）１３の例を示している。図４において、図２と対応する部分には同一部号を付し、かかる部分の説明は省略する。上述の図２に示した例では、送信用及び受信用に別々の光ファイバを使用し、１つの光コネクタが２本の光ファイバを接続するものとなっている。この図４に示す例では、送信用又は受信用、あるいは送受信用の１つの光ファイバ毎に１つの光結合ユニット（光コネクタ）を設ける構成としている。
【００３３】
次に、上述した光トランシーバの製造について図面を参照して説明する。図５は、実施例の光トランシーバの製造工程を説明する工程図である。
【００３４】
まず、光回路基板１３０を作製するために、図５（ａ）に示すように、光透過基板としてガラス基板１３１を用意する。そして、後述する配線膜の形成位置に対応して当該ガラス基板１３１に貫通孔を形成し、当該貫通孔に光導波路１３９を形成する。例えば、本実施形態では紫外線硬化樹脂をガラス基板１３１の貫通孔に充填し、硬化させることによって光導波路１３９を形成する。
【００３５】
次に、図５（ｂ）に示すように、ガラス基板１３１の表面にアルミニウムや銅等の導電材料をスパッタ法、電鋳などによって堆積し、金属膜（導電膜）を形成する。この金属膜を所望の回路に対応してパターニングして配線膜１３２を形成する。なお、図５（ａ）に示す工程と図５（ｂ）に示す工程は、順番を逆にして行ってもよい。
【００３６】
図７は、ガラス基板１３１の複数のサブ領域Ｓにそれぞれ複数の金属配線膜パターン１３２を形成した例を示している。上述した図５（ａ）に示す工程においては、図７に示すように、ガラス基板１３１の一方の面の複数箇所に単位配線パターンの配線膜を一括に形成すると、量産面において更に好適である。この場合には、複数箇所の単位配線パターンに対応して、ガラス基板１３１に複数の貫通孔を形成し、当該貫通孔のそれぞれに複数の光導波路１３９が形成される。
【００３７】
次に、図５（ｃ）に示すように、ガラス基板１３１の一面側に、発光素子１３３（あるいは受光素子１３４）、集積回路等の回路要素を実装する。実装は、フリップチップボンディング、ワイヤボンディング、半田リフローなどを使用して行うことが可能である。なお、上記図７に示したように、ガラス基板１３１の複数箇所に単位配線パターンを一括形成した場合には、図５（ｃ）に示す工程は、当該単位配線パターンのそれぞれに対応してガラス基板１３１の一方の面に複数の光素子（発光素子１３３又は受光素子１３４）をそれぞれ配置する。
【００３８】
次に、図５（ｄ）に示すように、ガラス基板１３１の他面側の発光素子１３３（あるいは受光素子１３４）に対応する位置に結合レンズ１３５（あるいは１３６）を形成する。結合レンズ１３５（あるいは１３６）の形成は、レンズ状の部材の張り合わせ、硬化性液体樹脂の表面張力を利用したレンズ形成、更に、レンズの型と２Ｐ法を組み合わせたレンズ形成などによって行うことも可能である。このようにして光回路基板１３０が作製される。なお、上記図７に示したように、ガラス基板１３１の複数箇所に単位配線パターンを一括形成した場合には、図５（ｄ）に示す工程は、ガラス基板１３１の他方の面に複数の光素子に対応して複数のレンズ１３５（あるいは１３６）をそれぞれ配置する。
【００３９】
次に、図５（ｅ）に示すように、光ソケット１３７を光回路基板１３０に取り付ける。この取付は、光ソケット１３７とガラス基板１３１の互いに対向する面にそれぞれ接着剤を塗布し、あるいはいずれかの面に接着剤を塗布して光ソケット１３７を光回路基板１３０に取り付ける。光ソケット１３７は、そのスリーブ１３７ａの円筒状の嵌合孔１３７ｂの中心軸が結合レンズ１３５（又は１３６）及び発光素子１３３（又は１３４）の中心位置と略一致するように載置される。この際の光ソケット１３７と光回路基板１３０との位置合わせ（粗調整）は、基板１３０の図示しないマーカやレンズ位置等を参照して行うことが可能である。
【００４０】
更に、図６（ａ）に示すように、光ソケット１３７と光回路基板１３０との正確な位置合わせを行う。
【００４１】
図６は、光ソケット１３７と光回路基板１３０との正確な位置合わせを行うのに好適な位置調整装置の一例を説明する図である。正確な位置合わせには、例えば、図６に示すような位置調整装置３００を使用する。この位置調整装置３００は、後述のアライメントマークと対象体とを読取る光学ヘッド３１０、画像処理によってアライメントマークと対象体との位置ずれを検出するコンピュータシステム３２０、コンピュータシステム３２０によってずれを補償するように駆動されるアクチュエータ３３０、アクチュエータに取付けられてガラス基板１３１または光学ヘッド３１０を取付位置に搬送するアーム（ステージ）等によって構成されている。光学ヘッド３１０は、光ソケット１３７の嵌合孔１３７ｂ内にフェルール（読取部）を挿入し、嵌合孔１３７ｂの中心位置を示すアライメントマークと、対象体、例えば、基板の特定の回路パターンや調整用マークなど読取る。この結果に基づいて、光ソケット１３７の嵌合孔１３７ｂの中心軸が結合レンズ１３５及び光素子１３３（あるいは結合レンズ１３６及び光素子１３４）の中心位置（光軸）と正確に一致するように位置合せ（微調整）を行う。光ソケット１３７に光プラグ２００が装着されると、嵌合孔１３７ｂの中心軸には、フェルール２０２に支持された光ファイバ２０３のコアが位置する。
【００４２】
図６（ｂ）に示すように、光ソケット１３７と光回路基板１３０との位置合わせを終えた後に、接着剤１３８を固化して光ソケット１３７を光回路基板１３０に固定する。接着剤１３８は、例えば、光硬化性、熱硬化性等など樹脂を用いることが可能である。
【００４３】
図５（ｅ）、図６（ａ）及び同（ｂ）の工程を必要な回数繰り返して、図８に示すように、光回路基板１３０の複数のサブ領域Ｓに光ソケット１３７を取付けて光トランシーバを組み立てる。このようにして組み立てた基板１３０をサブ領域Ｓ毎に切断線Ｗに沿って切断して多数の光トランシーバを得る。
【００４４】
図９は、他の実施例を示している。図９（ａ）はこの実施例の光結合ユニット部１３を光プラグの挿入口側から見た説明図である。同図（ｂ）は、光結合ユニット１３の断面図である。両図において図２と対応する部分には、同一符号を付し、かかる部分に説明は省略する。
【００４５】
この実施例では光ソケット１３７と光回路基板１３０との取り付け強度を高めている。また、光ソケット１３７の光回路基板１３０への取付け精度を確保しつつ組み立てを容易にしている。
【００４６】
このため、本実施例では、図９（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、光ソケット１３７の少なくとも２箇所に突起（ガイドピン）１３７ｄが形成されている。これ等ガイドピン１３７ｄは、これ等のガイドピン１３７ｄに対応してガラス基板１３０に形成されたガイド穴１３１ａに挿入されている。
【００４７】
この実施例の組み立て工程においては、図１０に示すように、ガラス基板１３１には、予め所定の位置に所定の径のガイド穴１３１ａがフォトリソグラフィなどによって高精度に形成される。光素子及び結合レンズはこのガイド穴１３１ａを基準にして所定の位置に取り付けることもできる。このガラス基板１３１に配線パターン１３２を形成し、部品の装着を行って、光ソケット１３７の取付を行う。
【００４８】
光ソケット１３７はガイド穴１３１ａの中心を基準として所定の位置に所定の深さのガイドピン１３７ｄを精密に形成する。この光ソケット１３７のガイドピン１３７ｄとガラス基板１３１のガイド穴１３１ａとを嵌め合わせてガラス基板１３１にソケット１３７を取付ける。更に、ガイドピン１３７ｄとガラス基板１３１とを接着剤１３８で接着することによって両者が強固に固定される。
【００４９】
また、結合レンズを内蔵した光ソケットを用いて光トランシーバを構成することも可能である。
【００５０】
図１１及び図１２は、レンズ内蔵型の光ソケットを用いる実施例について説明する図である。図１１及び図１２では、レンズ内蔵型の光ソケット４３７に光プラグ２００が取り付けられた状態が示されている。両図において図３と対応する部分には、同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００５１】
図１１に示す光ソケット４３７は、結合レンズ４３５を内蔵している。そして、図１１に示す実施例では、上述した実施例においてガラス基板（透明基板）１３１の内側表面に配置されていた結合レンズ１３５が省略されている。
【００５２】
光ソケット４３７の円筒状のスリーブ４３７ａ内に光プラグ２００の円柱状のフェルール２０２が挿入され、フェルール２０２はプラグハウジング２０１によって保護されている。光ソケット４３７と光プラグ２００とは、図示しない係止手段によって固定される。係止手段は、例えば、プラグハウジング２０１に設けられた開閉可能なフックと光ソケット４３７に設けられた該フックが係合するスタッドである。光ファイバ２０３のコアから放射された光はスリーブ４３７ａに内蔵されている結合レンズ４３５、ガラス基板１３１を経て受光素子１３４上に収束（あるいは集光）される。また、発光素子１３３から出射された光はガラス基板１３１、結合レンズ４３５を経て、光ファイバ２０３端部のコア部分に収束される。なお、結合レンズ４３５は、略球状のレンズ（ボールレンズ）を用いるようにしてもよい。
【００５３】
図１２に示す光ソケット４３７’は、上述した図１１に示した光ソケット４３７と同様の構造を有しており、少なくとも２箇所にガイドピン４３７ｄが形成された点が異なっている。これ等ガイドピン４３７ｄは、これ等のガイドピン４３７ｄに対応してガラス基板１３０に形成されたガイド穴１３１ａに挿入されている。この実施例では、上述した図９等において説明した実施例と同様に、光ソケット４３７と光回路基板１３０との取り付け強度を高めることが可能となり、かつ光ソケット４３７の光回路基板１３０への取付け精度を確保しつつ組み立てを容易にすることが可能となる。
【００５４】
図１１に示す光ソケット４３７あるいは図１２に示す光ソケット４３７’を用いた場合の光トランシーバの製造工程は、基本的に、上述した図５等において説明した実施例と同様であるが、ガラス基板１３１上に結合レンズ１３５を形成する必要がなくなることから、製造工程を簡略化することが可能となる。
【００５５】
図１３及び図１４は、本発明の利点を説明するための比較例の光トランシーバを示している。図１３は、比較例の光トランシーバの筐体の断面図であり、図１（ｂ）と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００５６】
比較例においても、外部から回路基板１２１にリードフレーム１２５を介して電気信号が供給される。回路基板１２１には、並直列変換回路１２、レーザダイオードを駆動する駆動回路１２２などが実装されている。レーザダイオードは金属のカンパッケージ５０１内に実装されている。レーザダイオードから出射したビームはカンパッケージ５０１の窓に取り付けられたボールレンズ５０２で集光され、光ソケット１３７のスリーブの挿入孔中心部に集光する。
【００５７】
図１４は、比較例の光コネクタ部分を示している。光プラグ２００の中心部には光ファイバ２０３を中心に固定したフェルール２０２が挿入されている。光プラグ２００をソケット１３７に接続すると、ボールレンズ５０２で集光された光が光ファイバ２０３のコアの中心に入射する。
【００５８】
このような比較例の構成では、カンパッケージ５０１内へのレーザダイオードチップの取付け、該チップとリード線とのボンデイング、カンパッケージ窓へのボールレンズの接着、レンズ付きカンパッケージの組立てなどの工程が必要となる。更に、このカンパッケージをソケットのスリーブの一方の穴に挿入し、他方からファイバを支持するフェルールを挿入し、レーザダイオードを発光させて一番効率よく、光が伝送する位置でカンパッケージとスリーブとを接着して固定する。その後、カンパッケージのリード線を回路基板に半田付けして終了する。
【００５９】
このような構成の比較例の光トランシーバは、三次元的な構造をしているため、構成部品を組み立てる際には、複雑な位置合わせをしなければならない。これに対して、本発明の実施例によれば、光透過性の基板を利用して光トランシーバを形成しているので、略二次元的な位置合わせで組立てを行うことが可能となって具合がよい。
【００６０】
以上説明したように、本発明の実施例によれば、光トランシーバの光結合ユニットを透明基板の一面側に配線と光素子を配置し、該基板の他面側に結合レンズとスリーブを配置する構成によって得ている。かかる構成とすることによって、一枚の基板上に配線パターンや結合レンズのセットを多数組形成し、これをサブ基板に切り出すことによって製造することができ、量産工程にむく。また、光素子から基板側に向けて出射される光、或いは光ファイバから基板側に向けて出射される光の大部分が光導波路に入射する程度に光素子、集光手段及び光ソケットの相互間の位置合わせを行えば、光導波路を介して光学的結合が図られるので、位置合わせに要求される精度を低くすることが可能となる。これらにより、製造工程の容易化とそれに伴う低コスト化を達成することが可能となる。
【００６１】
更には、光導波路の外部へ光が漏れにくくなるために光の利用効率が向上する利点や、基板上に複数に光素子を配置して多チャンネルの通信を行う場合にも漏れ光によるクロストークの発生を極力抑えることが可能となる等の利点がある。
【００６２】
また、位置調整装置のフェルールアライメントマークを基板のアライメントマーク上に重なるようにして固着前のスリーブとレンズの位置とを手動又は自動で二次元に移動して合わせればよく、簡単で自動化にも向く。
【００６３】
また、ガラス基板をスライドさせながら素子やスリーブの実装を連続的に高速で行える。
【００６４】
また、ガラス基板をスライドさせながら個々の仮結合ユニットの検査、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の出力調整、発光ダイオード（ＰＤ）の感度調整が可能となる。
【００６５】
また、実施例の光学ヘッドを用いた調整方法によれば、ＣＣＤ撮像素子で撮像することにより、例えば、フェルールアライメントマークと発光素子又は受光素子上のアライメントマークの相対的な位置関係を画像処理によって正確に検出できるので、位置検出と移動のループ回数を少なくすることで高速な位置決めが可能となる。
【００６６】
このようにして、従来の個別にパーツの実装や組立を行う方式と比較して、大きくコストダウンが可能となる。
【００６７】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、基板１３１の構成材料の屈折率よりも高い屈折率を有する樹脂を基板１３１に設けた貫通孔に充填することによって光導波路１３９を構成していたが、他の方法によって光導波路を構成することも可能である。
【００６８】
具体的には、基板１３１に設けた貫通孔に、第１の屈折率を有する第１の部材と、この第１の屈折率よりも低い屈折率を有し、第１の部材の周囲を取り囲むように配置される第２の部材とからなる光導波路を配置することが可能である。このような光導波路は、第１及び第２の部材をそれぞれ光硬化性樹脂などを用いて形成することにより実現可能である。更に好ましくは、光ファイバやベアファイバなどを用意し、これらを貫通孔内に埋め込んで固着させるようにすれば、より簡便に光導波路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の光トランシーバの実施の形態を説明する説明図である。
【図２】図２は、２組の端子を有する光ソケット部分を説明する説明図である。
【図３】図３は、光ソケットと光プラグとの接続状態を説明する説明図である。
【図４】図４は、１組の端子を有する光ソケット部分を説明する説明図である。
【図５】図５は、光トランシーバの製造工程を説明する工程図である。
【図６】図６は、光トランシーバの製造工程に置け光ソケットの配置位置調整を説明する工程図である。
【図７】図７は、基板への配線パターンの形成例を説明する説明図である。
【図８】図８は、基板への光ソケットの取り付け例を説明する説明図である。
【図９】図９は、基板と光ソケットにそれぞれ取付用孔及び取付用突起を設けて組み立てる例を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、基板に取付用孔を形成する例を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、レンズ内蔵型の光ソケットを用いる実施例について説明する図である。
【図１２】図１２は、レンズ内蔵型の光ソケットを用いる実施例について説明する図である。
【図１３】図１３は、比較例の光トランシーバの例を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、比較例の光コネクタの例を説明する説明図である。
【符号の説明】
１１…筐体、 １３１…ガラス基板、 １３３、１３４…光素子、 １３５、１３６…結合レンズ、 １３７…光ソケット、 １３９…光導波路、 ２００…光プラグ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを媒体として送信又は受信を行い、あるいは送信及び受信の両方を行う光トランシーバ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、コンピュータ装置相互間の直接接続、コンピュータ装置及びデジタルオーディオ・ビデオ機器の相互接続などに、光ファイバを用いるものがある。このような装置には、電気信号を光信号に変えて光ファイバに送ると共に、光ファイバから受けた光信号を電気信号に戻す光トランシーバが使用される。光トランシーバは、例えば、光ファイバの一端部に取り付けられたプラグが挿入されるソケット、該光ファイバの一端部と受光素子や発光素子などの光素子との間に配置されて光を集光するボールレンズと、パラレル信号をシリアル信号に変換して光素子を駆動したり、受光信号を増幅し、シリアル信号からパラレル信号に変換したりするＩＣ回路基板などから構成されている。
【０００３】
このような光トランシーバの従来の製造方法は、通常、１） カンパッケージ内にレーザダイオード（ＬＤ）チップを実装し、このチップとリード線のボンディングを行う。また、カンパッケージの出射窓にボールレンズを接着し、レンズ付きカンパッケージを組み立てる。２） このカンパッケージを光ソケットの一方の挿入穴に挿入し、他方からファイバ付きフェルールを挿入する。カンパッケージのリード線にはＬＤが発光するように電流を流し、ファイバに結合された光量を測定し、一番結合効率の良い位置でカンパッケージと光ソケットを接着固定する（アクティブアライメント）。３）カンパッケージのリード線を回路基板に半田付けする。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１２２５８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光トランシーバの製造方法では、構成部品を組み立てる際に三次元的な複雑な位置合わせを行わなければならず、製造工程中に占める手作業の割合が大きい。これは結果的に製品のコストを増大させる。
【０００６】
よって、本発明は、製造工程をより簡易化することを可能とする光トランシーバの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の光トランシーバは、光ファイバの一端部に設けられた光プラグを取付けるための光ソケットと、光を集光する集光手段と、供給される電気信号に応じて発光し又は供給される受光信号に応じて電気信号を発生する光素子と、上記光ファイバ、上記集光手段及び上記光素子が１つの光軸上に揃うように上記光ソケット、上記集光手段及び上記光素子をそれぞれ支持する光透過性の基板と、を含み、上記基板に、当該基板の厚み方向に貫通するように形成され、上記光軸に沿って集光手段と光素子の相互間に配置される光導波路を設け、当該光導波路を通して前記光を進行させるように構成している。
【０００８】
かかる構成とすることによって、光透過性基板を利用して光素子、集光手段、光ソケットを組み合わせることが可能となる。また、光素子から基板側に向けて出射される光、或いは光ファイバから基板側に向けて出射される光の大部分が光導波路に入射する程度に光素子、集光手段及び光ソケットの相互間の位置合わせを行えば、光導波路を介して光学的結合が図られるので、位置合わせに要求される精度を低くすることが可能となる。これらにより、製造工程の容易化とそれに伴う低コスト化を達成することが可能となる。更には、光導波路の外部へ光が漏れにくくなるために光の利用効率が向上する利点や、基板上に複数に光素子を配置して多チャンネルの通信を行う場合にも、光素子の相互間における漏れ光によるクロストークの発生を極力抑えることが可能となる等の利点がある。
【０００９】
好ましくは、上記光素子は上記基板の一方面に配置され、上記集光手段及び上記光ソケットは上記基板の他方面の上記光素子に対応する位置に配置される。それにより、光透過性基板の両面及びその厚みを利用して送受信を行う光素子、集光手段、光ソケットを組み合わせることが可能となる。
【００１０】
好ましくは、上記光導波路は、基板の構成材料の屈折率よりも高い屈折率を有する部材により構成される。当該部材としては、例えば、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が好適に用いられる。これにより、光ファイバ等と同様な構造からなる光導波路を容易に構成することができ、構造の簡素化が図られると共に製造が容易となる。
【００１１】
好ましくは、上記光導波路は、第１の屈折率を有する第１の部材と、この第１の屈折率よりも低い屈折率を有し、第１の部材の周囲を取り囲むように配置される第２の部材とを含んで構成される。更に好ましくは、かかる光導波路は、光ファイバ又はベアファイバのいずれかを用いて構成される。これにより、光ファイバ又はベアファイバを貫通孔内に埋め込んで固着させることで光導波路を形成できるので、製造が容易になる。なお、第１及び第２の部材をそれぞれ光硬化性樹脂などを用いて光導波路を形成してもよい。
【００１２】
好ましくは、上記基板は透明度や耐熱性等に優れるガラス基板であるが、プラスチック基板等を使用してもよい。
【００１３】
好ましくは、上記光ソケットは上記基板と接着や融着、ねじ止めその他の方法によって接合される。
【００１４】
好ましくは、上記集光手段は、屈折型レンズ、フレネル型レンズ、ボールレンズ（略球状のレンズ）及びセルフォック型レンズのいずれかによって構成される。それにより、光素子と光ファイバ端部間の光ロスを減少することが可能となる。ここで、本明細書において「フレネル型レンズ」とは、断面が鋸波形状（キノフォーム形状）であり、透過光の大部分が略１点に集光されるように同心円状に形成されたレンズをいい、「回折格子型のレンズ」と称される場合もある。
【００１５】
好ましくは、上記集光手段は、光ソケットに支持される。例えば、レンズ内蔵型の光ソケットが好適に用いられる。
【００１６】
本発明の光トランシーバの製造方法は、光透過性の基板に貫通孔を形成し、当該貫通孔に光導波路を形成する工程と、この光導波路の形成位置に対応して光透過性の基板の一方の面に配線パターンを担う配線膜を形成する工程と、この配線膜の予め定められた位置に発光または受光機能を備える光素子を接続する工程と、上記基板の他方の面にレンズを配置する工程と、上記基板の他方の面に光ファイバの一端部を保持する光プラグを取付けるための光ソケットを取り付ける工程と、を含む。
【００１７】
また、本発明の光トランシーバの製造方法は、光透過性の基板に貫通孔を形成し、当該貫通孔に光導波路を形成する工程と、この光導波路の形成位置に対応して光透過性の基板の一方の面に配線パターンを担う配線膜を形成する工程と、この配線膜の予め定められた位置に発光または受光機能を備える光素子を接続する工程と、上記基板の他方の面に光ファイバの一端部を保持する光プラグを取付けるための光ソケットであって、レンズを内蔵する光ソケットを取り付ける工程と、含む。ここで、光ソケットに内蔵されるレンズとは、光ソケットの本体の内部或いは端部近傍などに取り付けられており、光ファイバに入射する、あるいは光ファイバから出射する光を集光する機能を担うものである。
【００１８】
かかる構成とすることによって、光透過性基板を使用した光トランシーバを製造することが可能となる。
【００１９】
また、本発明の光トランシーバの製造方法は、光透過性の基板に複数の貫通孔を形成し、当該貫通孔のそれぞれに光導波路を形成する光導波路形成工程と、これらの光導波路の形成位置のそれぞれに対応して基板の一方の面の複数箇所に単位配線パターンの配線膜を形成する配線膜形成工程と、上記複数箇所の単位配線パターンに対応して上記基板の一方の面に複数の光素子をそれぞれ配置する光素子配置工程と、上記基板の他方の面に上記複数の光素子に対応して複数のレンズをそれぞれ配置するレンズ配置工程と、上記基板の他方の面に上記光素子及び上記レンズの対の複数に対応して各々が光ファイバの一端部を保持する光プラグを取り付けるための嵌合孔を有する複数の光ソケットをそれぞれ取り付ける光ソケット取付工程と、上記基板を各単位配線パターンを含む領域毎に切り分ける切断工程と、を含む。
【００２０】
また、本発明の光トランシーバの製造方法は、光透過性の基板に複数の貫通孔を形成し、当該貫通孔のそれぞれに光導波路を形成する光導波路形成工程と、これらの光導波路の形成位置のそれぞれに対応して基板の一方の面の複数箇所に単位配線パターンの配線膜を形成する配線膜形成工程と、上記複数箇所の単位配線パターンに対応して上記基板の一方の面に複数の光素子をそれぞれ配置する光素子配置工程と、上記基板の他方の面に上記光素子及び上記レンズの対の複数に対応して各々が光ファイバの一端部を保持する光プラグを取り付けるための嵌合孔を有するとともに、レンズを内蔵する複数の光ソケットをそれぞれ取り付ける光ソケット取付工程と、上記基板を各単位配線パターンを含む領域毎に切り分ける切断工程と、を含む。
【００２１】
かかる構成とすることによって、一つの親基板上に多数の光トランシーバを同時に造り込み、最終的に各単体の光トランシーバに切り分けることで、要素部品の実装を連続的かつ高速に行うことが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、光トランシーバの構成例を示している。同図（ａ）は光トランシーバ１を水平方向にカットして内部配置を示す断面図、同図（ｂ）は図（ａ）のＩ−Ｉ’方向における断面図である。
【００２４】
図１に示すように、光トランシーバ１の筐体１１の内部には、信号処理回路基板１２と光結合ユニット１３が設けられている。信号処理回路基板１２には、外部から供給されるパラレル信号をシリアル信号に変換するパラレル−シリアル信号変換回路１２１、シリアル信号を発光素子１３３の駆動信号に変える駆動回路１２２、受光素子１３４の受光信号を波形整形し、レベル増幅する増幅回路１２４、受光信号をパラレル信号に変換するシリアル−パラレル信号変換回路１２３、図示しないマザーボード等への配線接続と取付けとを行うためのリードフレーム１２５等が設けられている。
【００２５】
光結合ユニット１３は、透明なガラス基板１３１に、配線膜１３２、発光素子１３３、受光素子１３４、結合レンズ１３５、１３６等を配置してなる光回路基板１３０と、図示しない光ファイバの一端に設けられた光プラグと接続される光ソケット１３７、光回路基板１３０に光ソケット１３７を取り付ける接合膜１３８等によって構成される。光ソケット１３７（あるいは光結合ユニット１３）と光プラグとは光コネクタ（図３参照）を構成する。
【００２６】
なお、通常、挿入する側をプラグ、挿入される側をソケットと称しているが、本件の説明においては、単に、コネクタを構成する一方側（光線路側）をプラグ、他方側（基板側）をソケットと称しており、雌雄の形状に限定されるものではない。
【００２７】
図２は、図１（ａ）に示された光結合ユニット１３の部分を拡大して説明する図である。図２（ａ）は、プラグ挿入孔側から光結合ユニット１３側を見た図を示しており、同図（ｂ）は、光結合ユニット１３の断面図である。各図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００２８】
光回路基板１３０は、光信号を透過させる透明基板１３１、この透明基板１３１の内側（筐体内部側）表面に形成された配線パターン１３２、この配線パターン１３２に接続される発光素子１３３（又は受光素子１３４）、透明基板１３１の外側（光プラグ側）表面に配置された結合レンズ１３５、及び発光素子１３３の配置位置に対応して透明基板１３１を貫通するように形成された光導波路１３９を含んでいる。
【００２９】
発光素子１３３は、例えば、レーザビームを発生する面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。受光素子１３４（図１（ａ）参照）は、フォトトランジスタやフォトダイオードなどの受光光量に応じた電流を発生する光検出素子である。光ソケット１３７の、光プラグの光ファイバを保持するフェルール（後述の図３参照）が挿入されるスリーブ１３７ａは環状あるいは円筒状に形成される。フェルールの挿入を案内するスリーブ１３７ａの嵌合孔１３７ｂの底部中央は開口部１３７ｃとなっている。この開口部１３７ｃに、基板１３１に形成された結合レンズ１３５（又は１３６）が露出している。嵌合孔１３７ｂは、光ソケット１３７を貫通する孔となっている。
【００３０】
光導波路１３９は、透明基板１３１に対して、当該透明基板１３１の厚み方向に貫通するように形成されており、光軸に沿って結合レンズ１３５と発光素子１３３（又は受光素子１３４）の相互間に配置される。この光導波路１３９は、透明基板１３１の構成材料の屈折率よりも高い屈折率を有する部材により構成される。例えば、光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂が好適に用いられる。そして、この光導波路１３９を通して、発光素子１３３から出射される光が光ソケット１３７側へ進行し、又は光ファイバから出射される光が受光素子１３４側へ進行する。
【００３１】
図３は、光ソケット１３７に光プラグ２００が取り付けられた状態を示している。光ソケット１３７の円筒状のスリーブ１３７ａ内に光プラグ２００の円柱状のフェルール２０２が挿入され、フェルール２０２はプラグハウジング２０１によって保護されている。光ソケット１３７と光プラグ２００とは、図示しない係止手段によって固定される。係止手段は、例えば、プラグハウジング２０１に設けられた開閉可能なフックと光ソケット１３７に設けられた該フックが係合するスタッドである。フェルール２０２は光ファイバ２０３の端部を保持し、スリーブ１３７ａの円筒内部に挿入されることによって、該円筒の中心軸上に光ファイバ２０３の中心軸（光軸）を保持する。光ファイバ２０３の線路部分は被覆２０４によって保護されている。光ファイバ２０３のコアから放射された光はスリーブ１３７ａの底部の開口部１３７ｃに設けられている結合レンズ１３６と、透明基板１３１に設けられた光導波路１３９を経て受光素子１３４上に収束（あるいは集光）される。また、発光素子１３３から出射された光は透明基板１３１に設けられた光導波路１３９と、結合レンズ１３５を経て、光ファイバ２０３端部のコア部分に収束される。
【００３２】
図４は、他の光結合ユニット（光コネクタ）１３の例を示している。図４において、図２と対応する部分には同一部号を付し、かかる部分の説明は省略する。上述の図２に示した例では、送信用及び受信用に別々の光ファイバを使用し、１つの光コネクタが２本の光ファイバを接続するものとなっている。この図４に示す例では、送信用又は受信用、あるいは送受信用の１つの光ファイバ毎に１つの光結合ユニット（光コネクタ）を設ける構成としている。
【００３３】
次に、上述した光トランシーバの製造について図面を参照して説明する。図５は、実施例の光トランシーバの製造工程を説明する工程図である。
【００３４】
まず、光回路基板１３０を作製するために、図５（ａ）に示すように、光透過基板としてガラス基板１３１を用意する。そして、後述する配線膜の形成位置に対応して当該ガラス基板１３１に貫通孔を形成し、当該貫通孔に光導波路１３９を形成する。例えば、本実施形態では紫外線硬化樹脂をガラス基板１３１の貫通孔に充填し、硬化させることによって光導波路１３９を形成する。
【００３５】
次に、図５（ｂ）に示すように、ガラス基板１３１の表面にアルミニウムや銅等の導電材料をスパッタ法、電鋳などによって堆積し、金属膜（導電膜）を形成する。この金属膜を所望の回路に対応してパターニングして配線膜１３２を形成する。なお、図５（ａ）に示す工程と図５（ｂ）に示す工程は、順番を逆にして行ってもよい。
【００３６】
図７は、ガラス基板１３１の複数のサブ領域Ｓにそれぞれ複数の金属配線膜パターン１３２を形成した例を示している。上述した図５（ａ）に示す工程においては、図７に示すように、ガラス基板１３１の一方の面の複数箇所に単位配線パターンの配線膜を一括に形成すると、量産面において更に好適である。この場合には、複数箇所の単位配線パターンに対応して、ガラス基板１３１に複数の貫通孔を形成し、当該貫通孔のそれぞれに複数の光導波路１３９が形成される。
【００３７】
次に、図５（ｃ）に示すように、ガラス基板１３１の一面側に、発光素子１３３（あるいは受光素子１３４）、集積回路等の回路要素を実装する。実装は、フリップチップボンディング、ワイヤボンディング、半田リフローなどを使用して行うことが可能である。なお、上記図７に示したように、ガラス基板１３１の複数箇所に単位配線パターンを一括形成した場合には、図５（ｃ）に示す工程は、当該単位配線パターンのそれぞれに対応してガラス基板１３１の一方の面に複数の光素子（発光素子１３３又は受光素子１３４）をそれぞれ配置する。
【００３８】
次に、図５（ｄ）に示すように、ガラス基板１３１の他面側の発光素子１３３（あるいは受光素子１３４）に対応する位置に結合レンズ１３５（あるいは１３６）を形成する。結合レンズ１３５（あるいは１３６）の形成は、レンズ状の部材の張り合わせ、硬化性液体樹脂の表面張力を利用したレンズ形成、更に、レンズの型と２Ｐ法を組み合わせたレンズ形成などによって行うことも可能である。このようにして光回路基板１３０が作製される。なお、上記図７に示したように、ガラス基板１３１の複数箇所に単位配線パターンを一括形成した場合には、図５（ｄ）に示す工程は、ガラス基板１３１の他方の面に複数の光素子に対応して複数のレンズ１３５（あるいは１３６）をそれぞれ配置する。
【００３９】
次に、図５（ｅ）に示すように、光ソケット１３７を光回路基板１３０に取り付ける。この取付は、光ソケット１３７とガラス基板１３１の互いに対向する面にそれぞれ接着剤を塗布し、あるいはいずれかの面に接着剤を塗布して光ソケット１３７を光回路基板１３０に取り付ける。光ソケット１３７は、そのスリーブ１３７ａの円筒状の嵌合孔１３７ｂの中心軸が結合レンズ１３５（又は１３６）及び発光素子１３３（又は１３４）の中心位置と略一致するように載置される。この際の光ソケット１３７と光回路基板１３０との位置合わせ（粗調整）は、基板１３０の図示しないマーカやレンズ位置等を参照して行うことが可能である。
【００４０】
更に、図６（ａ）に示すように、光ソケット１３７と光回路基板１３０との正確な位置合わせを行う。
【００４１】
図６は、光ソケット１３７と光回路基板１３０との正確な位置合わせを行うのに好適な位置調整装置の一例を説明する図である。正確な位置合わせには、例えば、図６に示すような位置調整装置３００を使用する。この位置調整装置３００は、後述のアライメントマークと対象体とを読取る光学ヘッド３１０、画像処理によってアライメントマークと対象体との位置ずれを検出するコンピュータシステム３２０、コンピュータシステム３２０によってずれを補償するように駆動されるアクチュエータ３３０、アクチュエータに取付けられてガラス基板１３１または光学ヘッド３１０を取付位置に搬送するアーム（ステージ）等によって構成されている。光学ヘッド３１０は、光ソケット１３７の嵌合孔１３７ｂ内にフェルール（読取部）を挿入し、嵌合孔１３７ｂの中心位置を示すアライメントマークと、対象体、例えば、基板の特定の回路パターンや調整用マークなど読取る。この結果に基づいて、光ソケット１３７の嵌合孔１３７ｂの中心軸が結合レンズ１３５及び光素子１３３（あるいは結合レンズ１３６及び光素子１３４）の中心位置（光軸）と正確に一致するように位置合せ（微調整）を行う。光ソケット１３７に光プラグ２００が装着されると、嵌合孔１３７ｂの中心軸には、フェルール２０２に支持された光ファイバ２０３のコアが位置する。
【００４２】
図６（ｂ）に示すように、光ソケット１３７と光回路基板１３０との位置合わせを終えた後に、接着剤１３８を固化して光ソケット１３７を光回路基板１３０に固定する。接着剤１３８は、例えば、光硬化性、熱硬化性等など樹脂を用いることが可能である。
【００４３】
図５（ｅ）、図６（ａ）及び同（ｂ）の工程を必要な回数繰り返して、図８に示すように、光回路基板１３０の複数のサブ領域Ｓに光ソケット１３７を取付けて光トランシーバを組み立てる。このようにして組み立てた基板１３０をサブ領域Ｓ毎に切断線Ｗに沿って切断して多数の光トランシーバを得る。
【００４４】
図９は、他の実施例を示している。図９（ａ）はこの実施例の光結合ユニット部１３を光プラグの挿入口側から見た説明図である。同図（ｂ）は、光結合ユニット１３の断面図である。両図において図２と対応する部分には、同一符号を付し、かかる部分に説明は省略する。
【００４５】
この実施例では光ソケット１３７と光回路基板１３０との取り付け強度を高めている。また、光ソケット１３７の光回路基板１３０への取付け精度を確保しつつ組み立てを容易にしている。
【００４６】
このため、本実施例では、図９（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、光ソケット１３７の少なくとも２箇所に突起（ガイドピン）１３７ｄが形成されている。これ等ガイドピン１３７ｄは、これ等のガイドピン１３７ｄに対応してガラス基板１３０に形成されたガイド穴１３１ａに挿入されている。
【００４７】
この実施例の組み立て工程においては、図１０に示すように、ガラス基板１３１には、予め所定の位置に所定の径のガイド穴１３１ａがフォトリソグラフィなどによって高精度に形成される。光素子及び結合レンズはこのガイド穴１３１ａを基準にして所定の位置に取り付けることもできる。このガラス基板１３１に配線パターン１３２を形成し、部品の装着を行って、光ソケット１３７の取付を行う。
【００４８】
光ソケット１３７はガイド穴１３１ａの中心を基準として所定の位置に所定の深さのガイドピン１３７ｄを精密に形成する。この光ソケット１３７のガイドピン１３７ｄとガラス基板１３１のガイド穴１３１ａとを嵌め合わせてガラス基板１３１にソケット１３７を取付ける。更に、ガイドピン１３７ｄとガラス基板１３１とを接着剤１３８で接着することによって両者が強固に固定される。
【００４９】
また、結合レンズを内蔵した光ソケットを用いて光トランシーバを構成することも可能である。
【００５０】
図１１及び図１２は、レンズ内蔵型の光ソケットを用いる実施例について説明する図である。図１１及び図１２では、レンズ内蔵型の光ソケット４３７に光プラグ２００が取り付けられた状態が示されている。両図において図３と対応する部分には、同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００５１】
図１１に示す光ソケット４３７は、結合レンズ４３５を内蔵している。そして、図１１に示す実施例では、上述した実施例においてガラス基板（透明基板）１３１の内側表面に配置されていた結合レンズ１３５が省略されている。
【００５２】
光ソケット４３７の円筒状のスリーブ４３７ａ内に光プラグ２００の円柱状のフェルール２０２が挿入され、フェルール２０２はプラグハウジング２０１によって保護されている。光ソケット４３７と光プラグ２００とは、図示しない係止手段によって固定される。係止手段は、例えば、プラグハウジング２０１に設けられた開閉可能なフックと光ソケット４３７に設けられた該フックが係合するスタッドである。光ファイバ２０３のコアから放射された光はスリーブ４３７ａに内蔵されている結合レンズ４３５、ガラス基板１３１を経て受光素子１３４上に収束（あるいは集光）される。また、発光素子１３３から出射された光はガラス基板１３１、結合レンズ４３５を経て、光ファイバ２０３端部のコア部分に収束される。なお、結合レンズ４３５は、略球状のレンズ（ボールレンズ）を用いるようにしてもよい。
【００５３】
図１２に示す光ソケット４３７’は、上述した図１１に示した光ソケット４３７と同様の構造を有しており、少なくとも２箇所にガイドピン４３７ｄが形成された点が異なっている。これ等ガイドピン４３７ｄは、これ等のガイドピン４３７ｄに対応してガラス基板１３０に形成されたガイド穴１３１ａに挿入されている。この実施例では、上述した図９等において説明した実施例と同様に、光ソケット４３７と光回路基板１３０との取り付け強度を高めることが可能となり、かつ光ソケット４３７の光回路基板１３０への取付け精度を確保しつつ組み立てを容易にすることが可能となる。
【００５４】
図１１に示す光ソケット４３７あるいは図１２に示す光ソケット４３７’を用いた場合の光トランシーバの製造工程は、基本的に、上述した図５等において説明した実施例と同様であるが、ガラス基板１３１上に結合レンズ１３５を形成する必要がなくなることから、製造工程を簡略化することが可能となる。
【００５５】
図１３及び図１４は、本発明の利点を説明するための比較例の光トランシーバを示している。図１３は、比較例の光トランシーバの筐体の断面図であり、図１（ｂ）と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００５６】
比較例においても、外部から回路基板１２１にリードフレーム１２５を介して電気信号が供給される。回路基板１２１には、並直列変換回路１２、レーザダイオードを駆動する駆動回路１２２などが実装されている。レーザダイオードは金属のカンパッケージ５０１内に実装されている。レーザダイオードから出射したビームはカンパッケージ５０１の窓に取り付けられたボールレンズ５０２で集光され、光ソケット１３７のスリーブの挿入孔中心部に集光する。
【００５７】
図１４は、比較例の光コネクタ部分を示している。光プラグ２００の中心部には光ファイバ２０３を中心に固定したフェルール２０２が挿入されている。光プラグ２００をソケット１３７に接続すると、ボールレンズ５０２で集光された光が光ファイバ２０３のコアの中心に入射する。
【００５８】
このような比較例の構成では、カンパッケージ５０１内へのレーザダイオードチップの取付け、該チップとリード線とのボンデイング、カンパッケージ窓へのボールレンズの接着、レンズ付きカンパッケージの組立てなどの工程が必要となる。更に、このカンパッケージをソケットのスリーブの一方の穴に挿入し、他方からファイバを支持するフェルールを挿入し、レーザダイオードを発光させて一番効率よく、光が伝送する位置でカンパッケージとスリーブとを接着して固定する。その後、カンパッケージのリード線を回路基板に半田付けして終了する。
【００５９】
このような構成の比較例の光トランシーバは、三次元的な構造をしているため、構成部品を組み立てる際には、複雑な位置合わせをしなければならない。これに対して、本発明の実施例によれば、光透過性の基板を利用して光トランシーバを形成しているので、略二次元的な位置合わせで組立てを行うことが可能となって具合がよい。
【００６０】
以上説明したように、本発明の実施例によれば、光トランシーバの光結合ユニットを透明基板の一面側に配線と光素子を配置し、該基板の他面側に結合レンズとスリーブを配置する構成によって得ている。かかる構成とすることによって、一枚の基板上に配線パターンや結合レンズのセットを多数組形成し、これをサブ基板に切り出すことによって製造することができ、量産工程にむく。また、光素子から基板側に向けて出射される光、或いは光ファイバから基板側に向けて出射される光の大部分が光導波路に入射する程度に光素子、集光手段及び光ソケットの相互間の位置合わせを行えば、光導波路を介して光学的結合が図られるので、位置合わせに要求される精度を低くすることが可能となる。これらにより、製造工程の容易化とそれに伴う低コスト化を達成することが可能となる。
【００６１】
更には、光導波路の外部へ光が漏れにくくなるために光の利用効率が向上する利点や、基板上に複数に光素子を配置して多チャンネルの通信を行う場合にも漏れ光によるクロストークの発生を極力抑えることが可能となる等の利点がある。
【００６２】
また、位置調整装置のフェルールアライメントマークを基板のアライメントマーク上に重なるようにして固着前のスリーブとレンズの位置とを手動又は自動で二次元に移動して合わせればよく、簡単で自動化にも向く。
【００６３】
また、ガラス基板をスライドさせながら素子やスリーブの実装を連続的に高速で行える。
【００６４】
また、ガラス基板をスライドさせながら個々の仮結合ユニットの検査、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の出力調整、発光ダイオード（ＰＤ）の感度調整が可能となる。
【００６５】
また、実施例の光学ヘッドを用いた調整方法によれば、ＣＣＤ撮像素子で撮像することにより、例えば、フェルールアライメントマークと発光素子又は受光素子上のアライメントマークの相対的な位置関係を画像処理によって正確に検出できるので、位置検出と移動のループ回数を少なくすることで高速な位置決めが可能となる。
【００６６】
このようにして、従来の個別にパーツの実装や組立を行う方式と比較して、大きくコストダウンが可能となる。
【００６７】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、基板１３１の構成材料の屈折率よりも高い屈折率を有する樹脂を基板１３１に設けた貫通孔に充填することによって光導波路１３９を構成していたが、他の方法によって光導波路を構成することも可能である。
【００６８】
具体的には、基板１３１に設けた貫通孔に、第１の屈折率を有する第１の部材と、この第１の屈折率よりも低い屈折率を有し、第１の部材の周囲を取り囲むように配置される第２の部材とからなる光導波路を配置することが可能である。このような光導波路は、第１及び第２の部材をそれぞれ光硬化性樹脂などを用いて形成することにより実現可能である。更に好ましくは、光ファイバやベアファイバなどを用意し、これらを貫通孔内に埋め込んで固着させるようにすれば、より簡便に光導波路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の光トランシーバの実施の形態を説明する説明図である。
【図２】図２は、２組の端子を有する光ソケット部分を説明する説明図である。
【図３】図３は、光ソケットと光プラグとの接続状態を説明する説明図である。
【図４】図４は、１組の端子を有する光ソケット部分を説明する説明図である。
【図５】図５は、光トランシーバの製造工程を説明する工程図である。
【図６】図６は、光トランシーバの製造工程に置け光ソケットの配置位置調整を説明する工程図である。
【図７】図７は、基板への配線パターンの形成例を説明する説明図である。
【図８】図８は、基板への光ソケットの取り付け例を説明する説明図である。
【図９】図９は、基板と光ソケットにそれぞれ取付用孔及び取付用突起を設けて組み立てる例を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、基板に取付用孔を形成する例を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、レンズ内蔵型の光ソケットを用いる実施例について説明する図である。
【図１２】図１２は、レンズ内蔵型の光ソケットを用いる実施例について説明する図である。
【図１３】図１３は、比較例の光トランシーバの例を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、比較例の光コネクタの例を説明する説明図である。
【符号の説明】
１１…筐体、 １３１…ガラス基板、 １３３、１３４…光素子、 １３５、１３６…結合レンズ、 １３７…光ソケット、 １３９…光導波路、 ２００…光プラグ
Claims (13)
- 光ファイバの一端部に設けられた光プラグを取付けるための光ソケットと、
光を集光する集光手段と、
供給される電気信号に応じて発光し又は供給される受光信号に応じて電気信号を発生する光素子と、
前記光ファイバ、前記集光手段及び前記光素子が１つの光軸上に揃うように前記光ソケット、前記集光手段及び前記光素子をそれぞれ支持する光透過性の基板と、を含み、
前記基板に、当該基板の厚み方向に貫通するように形成され、前記光軸に沿って前記集光手段と前記光素子の相互間に配置される光導波路を設け、当該光導波路を通して前記光を進行させるようにした、光トランシーバ。 - 前記光素子は前記基板の一方面に配置され、前記集光手段及び前記光ソケットは前記基板の他方面の前記光素子に対応する位置に配置される、請求項１に記載の光トランシーバ。
- 前記光導波路は、前記基板の構成材料の屈折率よりも高い屈折率を有する部材により構成される、請求項１又は２に記載の光トランシーバ。
- 前記光導波路は、第１の屈折率を有する第１の部材と、前記第１の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記第１の部材の周囲を取り囲むように配置される第２の部材とを含んで構成される、請求項１又は２に記載の光トランシーバ。
- 前記光導波路は、光ファイバ又はベアファイバのいずれかにより構成される、請求項４に記載の光トランシーバ。
- 前記基板はガラス基板である、請求項１乃至５のいずれかに記載の光トランシーバ。
- 前記光ソケットは前記基板と接合される、請求項１乃至６いずれかに記載の光トランシーバ。
- 前記集光手段は、屈折型レンズ、フレネル型レンズ、ボールレンズ及びセルフォック型レンズのいずれかによって構成される、請求項１乃至７のいずれかに記載の光トランシーバ。
- 前記集光手段は、前記光ソケットに支持される、請求項８に記載の光トランシーバ。
- 光透過性の基板に貫通孔を形成し、当該貫通孔に光導波路を形成する工程と、前記光導波路の形成位置に対応して前記基板の一方の面に配線パターンを担う配線膜を形成する工程と、
この配線膜の予め定められた位置に発光または受光機能を備える光素子を接続する工程と、
前記基板の他方の面にレンズを配置する工程と、
前記基板の他方の面に光ファイバの一端部を保持する光プラグを取付けるための光ソケットを取り付ける工程と、
を含む光トランシーバの製造方法。 - 光透過性の基板に貫通孔を形成し、当該貫通孔に光導波路を形成する工程と、
前記光導波路の形成位置に対応して前記基板の一方の面に配線パターンを担う配線膜を形成する工程と、
この配線膜の予め定められた位置に発光または受光機能を備える光素子を接続する工程と、
前記基板の他方の面に光ファイバの一端部を保持する光プラグを取付けるための光ソケットであって、レンズを内蔵する光ソケットを取り付ける工程と、
を含む光トランシーバの製造方法。 - 光透過性の基板に複数の貫通孔を形成し、当該貫通孔のそれぞれに光導波路を形成する光導波路形成工程と、
前記光導波路の形成位置に対応して前記基板の一方の面の複数箇所に単位配線パターンの配線膜を形成する配線膜形成工程と、
前記複数箇所の単位配線パターンに対応して前記基板の一方の面に複数の光素子をそれぞれ配置する光素子配置工程と、
前記基板の他方の面に前記複数の光素子に対応して複数のレンズをそれぞれ配置するレンズ配置工程と、
前記基板の他方の面に前記光素子及び前記レンズの対の複数に対応して各々が光ファイバの一端部を保持する光プラグを取り付けるための嵌合孔を有する複数の光ソケットをそれぞれ取り付ける光ソケット取付工程と、
前記基板を各単位配線パターンを含む領域毎に切り分ける切断工程と、
を含む光トランシーバの製造方法。 - 光透過性の基板に複数の貫通孔を形成し、当該貫通孔のそれぞれに光導波路を形成する光導波路形成工程と、
前記光導波路の形成位置に対応して前記基板の一方の面の複数箇所に単位配線パターンの配線膜を形成する配線膜形成工程と、
前記複数箇所の単位配線パターンに対応して前記基板の一方の面に複数の光素子をそれぞれ配置する光素子配置工程と、
前記基板の他方の面に前記光素子及び前記レンズの対の複数に対応して各々が光ファイバの一端部を保持する光プラグを取り付けるための嵌合孔を有するとともに、レンズを内蔵する複数の光ソケットをそれぞれ取り付ける光ソケット取付工程と、
前記基板を各単位配線パターンを含む領域毎に切り分ける切断工程と、
を含む光トランシーバの製造方法。
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