JP4032245B2

JP4032245B2 - 光通信システムおよび電子機器

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Publication number: JP4032245B2
Application number: JP2003064141A
Authority: JP
Inventors: 浩康加瀬谷; 篤原田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2023-03-10
Also published as: JP2004272016A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号を送受信するための光通信モジュールに係り、特に、光デバイスの光信号の入射出方向と異なる方向に延設された光伝送路と光デバイスとを光学的に接続するための光通信モジュールを提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信モジュールは、光信号を電気信号に変換する受光素子や電気信号を光信号に変換する発光素子といった光デバイスや、光デバイスが送受信する光信号を伝送する光伝送路を含む。これら光デバイスや光伝送路を組み合わせることで、光通信システムが構成されている。
【０００３】
従来、面発光ダイオード等の平板状光デバイスを基板上に実装し、基板面に沿って光を伝搬させる技術としては、光デバイスから基板面に垂直な方向に射出された光をミラー等の反射手段で直角に反射し、光ファイバの端面に入射させるようにしていた。
【０００４】
例えば、特開２００１―１４１９６５号公報では、基板面に楕円球曲面ミラーを設けその上に光デバイスを配置して、基板面に平行な方向への光結合を可能にした技術が開示されている（特許文献１）。また、特開２００１―４２１５０号公報には、基板上にかまぼこ形の半円筒形光導波路を形成し、曲面形成したその端面に基板側から光を射出して基板面に平行な方向に反射させてから、光導波路内を光伝達させる技術が開示されている（特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１―１４１９６５号公報
【特許文献２】
特開２００１―４２１５０号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公知技術によれば、いずれも射出された光の方向を基板面に平行な方向に変化させるためのミラーに相当する部材や部分が必要となっていた。
【０００６】
また、正しく光伝送路に導くためには光デバイスとミラーとの位置関係、ミラーと光伝送路との位置関係を調整しなければならなかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は光デバイスの光信号の入射出方向と異なる方向に延設された光伝送路と光デバイスとを光学的に接続するための光通信モジュールを提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の光通信システムは、基板内に形成された溝内に形成され、基板表面に向いた開口窓を複数備え、前記開口窓の各々にはレンズを備えた光伝送路と、デバイス表面の発光点に略垂直な光射出軸に沿って光を射出し、前記開口窓のいずれか一つに対向して当該デバイス表面を向けて配置される光送信素子とデバイス表面の受光点に略垂直な光入射軸に沿って光を入射し、前記開口窓の他のいずれか一つに対向して当該デバイス表面を向けて配置される光受信素子と、前記光伝送路の周囲に設けた光反射膜と、前記光反射膜の前記光伝送路の内面側に設けた複数の反射レンズと、を備え、前記光送信素子の前記光射出軸は前記レンズの光学的中心軸から所定距離ずらされて配置され、前記光受信素子の前記光入射軸は前記レンズの光学的中心軸から所定距離ずらされて配置され、前記複数の反射レンズは、前記光送信素子の前記射出軸と前記光送信素子に対向して配置した前記レンズの光学的中心軸とのずれにより発生する前記光伝送路の内部への光の入射角、及び、前記光受信素子の前記入射軸と前記光受信素子に対向して配置した前記レンズの光学的中心軸とのずれにより発生する前記光伝送路内部から前記レンズに向けての光の射出角に応じた光路に対応する位置に配置され、前記開口窓に設けられた前記レンズが前記溝内に納まる厚みを有していることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、光送信素子から略垂直に射出された光は、伝送路の開口窓に設けられたレンズに到達する。このとき光送信素子の光射出軸とレンズの光学的中心軸とはずれているので、そのずれに応じて光路が曲げられ、基板平面に平行方向な方向成分を有する斜めの光となる。斜めの光は光伝送路内部を反射しながら伝送され、他方の開口窓に到達し斜めに射出される。ここでこの光が他方の開口窓に設けられたレンズの光学的中心軸からずれていると、そのレンズの曲率に従って屈折し基板面に略垂直な光として射出される。この射出方向に一致させて光受信素子の光入射軸が配置されているので、受光点にほぼ垂直に光を入射させることができる。このとき、光伝送路において、光伝送路内部への光の入射角および射出角によって定まる光路に対応する位置に設けられているので、光伝送路内で拡散しがちな光が集光され、射出側の開口窓に設けられたレンズに効率よく伝送することができる。
【００１４】
ここで、本発明において「光デバイス」とは、光起電効果、光導電効果、光電子放出効果、フォトンドラッグ効果等により光信号を受信し電気信号に変換する光受信素子や、電界発光効果、注入型発光効果等により電気信号を光信号に変換する光送信素子の双方を意味する。例えば、光受信素子としては、ＰＤやフォトトランジスタ等の光検知器、光電セル、赤外線検知器等が挙げられる。光送信素子としては、半導体レーザ、発光ダイオード等が挙げられる。これら光デバイスは「デバイス表面」を備えそこに「受光点」または「発光点」を備えている。
【００１５】
また「レンズ」の形式に特に限定は無いが、光デバイスまたは光伝送路と一体成形または一体化が容易な構造を備えるものが製造コストの観点から好ましい。レンズは、凸レンズなどの集光レンズ、凹レンズなどの拡散レンズ等を利用可能である。特に、光デバイスや光伝送路と一体化するためには、片面が平面状になっているレンズが好ましい。製造しやすい単純な形状であることが好ましい。このような球面レンズは光学的中心点を把握し易い他、光学的中心点からの距離に応じて屈折量が変わってくるため、光路の傾きを調整し易いという利点がある。
【００１６】
「光学的中心軸」はレンズの有効面積全体に光束が入射する場合の光軸が通る、レンズの中心点である。
【００１７】
「ずれて配置」する量は、レンズの特性・形式によって変化する。例えば曲率が小さく光路の変化が大きいレンズを使用する場合には曲率の小さいレンズの場合よりも「ずれ」が小さくてもよい。また凸レンズを利用する場合には、光射出（入射）軸から見て光学的中心軸のある方向に光路が屈折する。逆に凹レンズを利用する場合には、光射出（入射）軸から見て光学的中心軸のある方向とは反対の方向に光路が屈折する。
【００１８】
また「光伝送路」の構造には開口窓が設けられていること以外に限定はない。
【００１９】
なお、レンズが光送信素子や光受信素子のデバイス表面に設けられていることは好ましい。このような構成によれば、レンズが光送受信素子と一体化していることになり、取り扱いが簡便であり、またレンズの光学的中心軸と光入射出軸とのずれ量を調整する必要が無くなるので簡単である。
【００３１】
本発明は、本発明の光通信モジュールを備えた、または本発明の光通信モジュールの製造方法によって製造された光通信モジュールを備える電子機器でもある。電子機器は本発明の光通信モジュールを備えているので、製造コストが低く位置調整が容易であり、民生用のものとして優れている。
【００３２】
ここで「電子機器」とは、本発明に係る光通信モジュールを備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、その構成に特に限定が無いが、例えば、上記表示装置を備えるパーソナルコンピュータ、携帯電話、ビデオカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等が含まれる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
まず図１に基づいて本発明の原理を説明する。図１（ａ）は凸レンズを用いた場合であり、図１（ｂ）は凹レンズを用いた場合である。図１（ａ）に示すように、本発明の光通信モジュールは、光デバイスＯＤとレンズＬとを備える。光デバイスＯＤは、デバイス表面の発光点ＬＰから略垂直な光入出射軸ＬＰＡに沿って光を入出射するようになっている。レンズＬは、その光学的中心ＬＣを通る光学的中心軸ＬＣＡが光入出射軸ＬＰＡから所定距離Δｄずらされて配置されている。光伝送路ＯＦは、レンズＬ経由で光デバイスＯＤと光学的に接続するが、例えば、その最端部の側面に光の入出射端面Ｉ／ＯＦを備えている。光伝送路ＯＦはその最端面側から光を入出射するのが通常であるが、光路ＬＰの傾きθの大きさによっては最端面への入射角が大きすぎ、最端面において反射されてしまうため、本実施形態では、側面側に入射出端面を備えるものとした。
【００３５】
例えば光送信素子である光デバイスＯＤは基板面に設置するのでデバイス表面ＤＳは基板面に水平となっている。発光点ＬＰからの光入出射軸ＬＰＡは基板面に垂直であり、基板横方向への成分を持たない。光入出射軸ＬＰＡに沿って射出されレンズＬに入射した光は、レンズＬの中心ＬＣを通る場合には光束の収束こそあれ、光軸方向に変化はないはずである。しかし、本発明ではレンズＬが光射出軸からΔｄだけずれて配置されている。このためレンズＬの曲率に従って屈折し、その進行方向を変化させ角度θだけレンズの光学的中心軸ＬＣＡの方向に傾いて射出される。この傾いた光は、基板面に平行な方向成分を含んでいる。このため、この光を光入射端面Ｉ／ＯＦから光伝送路ＯＦに入射させれば、反射を繰り返しながら基板面に平行な方向に光を伝送できることになる。
【００３６】
また、図１（ｂ）に示すような凹レンズを用いた光通信モジュールでは、レンズＬｂが凹レンズとなっている点で異なる他、レンズＬｂを、光を曲げたい方向の反対側に配置する点で異なる。つまりレンズＬｂの光学的中心ＬＣを通る光学的中心軸ＬＣＡが光入出射軸ＬＰＡから、凸レンズの場合と反対側にΔｄだけずれている。この構成においても、発光点ＬＰから射出した光は、レンズＬｂに入射し、凹レンズの拡散作用により光学的中心ＬＣから離れる方向に屈折し、角度θだけ傾いて射出される。
【００３７】
光受信の場合は光デバイスＯＤが光受信素子であり光の進行方向が異なるだけで、原理的には類似である。すなわち角度θでレンズＬ・Ｌｂに入射した光が逆の経路をたどって屈折し、基板面に略垂直な光となって光入出射軸ＬＰＡに沿って入射する。
【００３８】
上記原理から判るように、どの程度の角度θだけ光路を傾けられるかは、レンズの屈折の強さ（曲率や材料）と光学的中心軸ＬＣＡと光入射出軸ＬＰＡとのずれに応じて変わる。逆に傾き角度θを所望の値にするべくレンズの曲率や材料、当該ズレ量を調整すればよい。
【００３９】
なお、レンズＬ／Ｌｂは、光デバイスＯＤと光伝送路ＯＦとの間のいずれの場所に配置されていてもよい。コストメリットから考えれば、レンズは光デバイスＯＤと一体化されていたり光伝送路と一体化されていたりしているのがよい。以下の実施の形態では、それぞれの場合を示している。
【００４０】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、光デバイスとレンズとが一体化された光通信モジュールを光伝送路と組み合わせた第１の光通信システムに関する。
【００４１】
図２に、本第１の実施の形態に係る光通信モジュールの構造図を示す。図２（ａ）は光通信モジュールの平面図、図２（ｂ）は平面図上の受発光中心点ＬＰ及び光学的中心点ＬＣを通るＢ−Ｂ切断面図である。
【００４２】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本光通信モジュール１ａは、光デバイス本体１００とレンズ１０２とが一体化されて形成されている。光デバイス本体１００は、面発光ダイオードやフォトデテクタ等の一般的な光送受信素子であり、その形状に限定はない。そのデバイス表面１０４には、光受発光点１０１が設けられている。光送信素子の場合には光受発光点１０１からデバイス表面１０４に垂直な方向に光が射出され、光受信素子の場合にはデバイス表面１０４に垂直な方向から光が光受発光点１０１に入射する。
【００４３】
レンズ１０２は、本発明に係り、光透過性のある材料、例えばガラス、石英、透明な硬化性樹脂等により形成されている。後述する製造方法（第５の実施の形態：図８参照）によって液滴噴射装置から樹脂材料液をデバイス表面に吐出して形成するなら、レンズ１０２は液滴噴射装置から吐出可能な樹脂で形成される。レンズ１０２は、光デバイス本体１０１と一体化させるために底面が平面な半球レンズ状を呈している。レンズ１０２と光デバイス本体１０１のデバイス表面１０４とは透明な接着剤で接着してもよい。
【００４４】
図２（ｂ）から判るように、レンズ１０２の光学的中心点ＬＣは光デバイス本体１００の光受発光点１０１から距離Δｄだけずれるように位置調整されている。すなわち受発光点１０１においてデバイス表面１０４から垂直方向に延びる光入出射軸ＬＰＡとレンズ１０２の光学的中心点ＬＣから垂直に延びる光学的中心軸ＬＣＡとは、当該距離Δｄだけ離間している。
【００４５】
なお、光通信モジュールは、後述する製造方法を利用するなら、図２（ｃ）に示すような制御薄膜を備えていてもよい。図２（ｃ）に示すように、当該光通信モジュール１ｂでは、光デバイス本体１０１とレンズ１０２との間に制御薄膜１０３を備えている。この薄膜１０３は、レンズ１０２を適正な直径に形成するために、レンズの予定直径に合わせ円形領域にパターニングしておくものである。また制御薄膜１０３は、光透過性があり、樹脂材料液との親和性が調整されている必要がある。すなわち、薄膜１０３が樹脂材料液と親和性がありすぎると表面に沿って流れ、薄膜領域内に樹脂材料液が留まらない可能性がある。一方、薄膜１０３と樹脂材料液との親和性が無さ過ぎると薄膜１０３の形成領域全域に材料液が広がらない可能性もある。この親和性の程度は、樹脂材料液の粘度と当該薄膜に対しての材料液が接触した場合の接触角で規定できる。
【００４６】
上記光通信モジュール１によれば、レンズ１０２の光学的中心軸ＬＣＡが光入出射軸ＬＰＡと所定距離だけ離れているので、上記原理で説明したように入出射する光の光路が所定角θだけ傾くようになる。
【００４７】
図３を参照しながら、さらに具体的なレンズＬの半径Ｒ、レンズの光学的中心点ＬＣと光デバイスの光受発光点１０１とのずれΔｄ、及び光伝送路の入出射端面Ｉ／ＯＦの関係を説明する。図３に示すように、光入出射軸ＬＰＡとレンズＬの中心ＬＣからの半径方向とがなす角、すなわちレンズ接線に対する光の入射角をθ_１、半径方向の延長線とレンズから傾いて射出される光軸とのなす角、すなわちレンズからの光の出射角をθ_０、光伝送路ＯＦの入出射端面Ｉ／ＯＦへの入射角をθｉとする。
【００４８】
発光点１０１の幅をＤとすると、レンズＬが球面レンズの場合のずれΔｄは、当該発光点の幅Ｄとレンズ半径Ｒとの関係が、
Ｄ／２＜ Δｄ＜Ｒ−Ｄ／２ …（１）
となるように設定することが好ましい。この範囲であれば、発光点１０１から射出された光のほぼ総てがレンズＬの半面に入射するからである。
【００４９】
次にレンズからの光の出射角θ_０は、レンズの屈折率をｎ_１とした場合、
θ_０＝ｓｉｎ^―１（ｎ_１・Δｄ／Ｒ） …（２）
となる。そしてレンズ接線に対する光の入射角θ１は、
θ_１＝ｓｉｎ^―１（Δｄ／Ｒ） …（３）
であるため、光導波路ＯＦの光入出射端面Ｉ／ＯＦへの入射角θｉは、
θｉ＝θ_０―θ_１＝θ＝ｓｉｎ^―１（ｎ_１・Δ／Ｒ）
―ｓｉｎ^―１（Δｄ／Ｒ） …（４）
と表される。光導波路ＯＦの表面における反射はブリュースター角になるように入射させたときが最も反射が少ないため、θｉが光導波路ＯＦのブリュースター角に近くなるようにΔｄとＲとを設定することが好ましい。
【００５０】
なお、ブリュースター角とは、ある角度で反射係数が0、透過係数が１になる角度をいい、入射光の電界ベクトルが屈折した光の波数方向と一致したときであり、進行方向に対して垂直な電界成分がなくなる場合である。この角度の発見者（Brewster）の名をとってブリュースター角と呼ばれている。
次に、上記光通信モジュール１を用いた第１の光通信システムについて説明する。図４（ａ）に第１の光通信システムにおける光軸に沿って切断した断面図、図４（ｂ）に光軸のうち図４（ａ）のＢ−Ｂ切断面で切断した断面図を示す。
【００５１】
図４（ａ）に示すように、当該光通信システムは、光送信モジュール１Ｔ、光伝送路２ａ、及び光受信モジュール１Ｒによって構成されている。光伝送路２ａは、基板３００に形成された溝３０１内部に収容されている。図４（ｂ）に示すように、光伝送路２ａは断面が矩形をしている。但し、光伝送路の断面形状は矩形に限定されることなく、他の多角形や円形であってもよい。光伝送路２ａは、本体２００とその周囲に形成された反射膜２０３によって構成されている。反射膜２０３は光を全反射可能なもので形成されていればよく、例えばアルミ等の金属薄膜である。また反射膜２０３は膜を形成している必要はなく、光反射材料を本体２００の周囲に吹き付け等して形成してもよい。光伝送路２ａの端部側面には、光を入射出するための開口窓２０１及び２０２が設けられており、反射膜２０３が形成されていない。本体２００の断面がいかなる形状をしていても、開口窓２０１・２０２に相当する領域は平面を形成していることが好ましい。光通信モジュールからまたは光通信モジュールへの光を同じ条件で入出射する領域をある程度確保するためである。
【００５２】
なお、開口窓は二つに限らず３つ以上設けてもよい。送信する光の強度を上げることで、一つの光送信で複数の光受信をさせることも可能である。
【００５３】
光送信モジュール１Ｔは、図２及び３で説明したような構造を備える。具体的には、面発光ダイオード等、電気信号を光信号に変換する光送信素子を光デバイス１００としており、当該光デバイスとレンズ１０２とが一体形成してある。このため光送信素子のデバイス表面１０４から垂直に射出された光が斜めに射出されるようになっている。この光送信モジュール１Ｔについては、射出される斜めの光が光伝送路２ａの開口窓２０１にほぼ入射するように位置決めされる。
【００５４】
光受信モジュール１Ｒについても同様であり、図２及び３で説明したような構造を備える。具体的には、フォトデテクタ等、光信号を電気信号に変換する光受信素子を光デバイス１００としており、当該光デバイスとレンズ１０２とが一体形成してある。レンズの所定箇所に斜めに入射した光は光受信素子の受光点を含むデバイス表面１０４に垂直に入射するようになっている。この光受信モジュール１Ｒについては、光伝送路２ａの開口窓２０２から射出された斜めの光がレンズ１０２により屈折し受光点１０１にほぼ垂直に入射可能になるように位置決めされる。
【００５５】
上記構成において、光送信モジュール１Ｔから斜めに射出された光は、光伝送路２ａの開口窓２０１のいずれかの箇所から本体２００内に入射する。入射した光は、その入射角に応じて反射膜２０３で全反射を繰り返し基板面に平行な方向に伝送される。そして開口窓２０２から射出され、光受信モジュール１Ｒのレンズ１０２に到達する。この光はレンズ１０２によって屈折しデバイス表面に垂直な方向からの光として受光点１０１に入射する。
【００５６】
上記第１の実施の形態によれば、光送信モジュール１Ｔからの光を特にミラーなど使うことなく基板面に沿って伝送させ、かつミラーなどを用いることなく再び基板面に垂直な方向の光として光受信素子に入射させることができる。このためミラー部材の使用や位置、角度調整などが不要である。
【００５７】
また第１の実施の形態によれば、光送信モジュール１Ｔからの光は、開口窓に入射しさえすればよいため、位置合わせが容易である。また、入出射ともミラーなどの特殊部材が必要ない。
【００５８】
また第１の実施の形態によれば、光伝送路２ａとしては開口窓を確保すれば、通常の光ファイバを利用可能であり製造し易い。
【００５９】
また第１の実施の形態によれば、光伝送路を、全反射を行う反射膜によって囲んでいるので、光損失を抑えることができる。
【００６０】
また第１の実施の形態によれば、光通信モジュールのレンズ部分の突起を溝内に納めたので、光通信システムの実装がし易い。
【００６１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、光デバイスとレンズとが一体化された光通信モジュールについて、上記第１の実施の形態とは異なる形態の光伝送路を組み合わせた第２の光通信システムに関する。光通信モジュールの具体的な構造については上記第１の実施の形態と同様である。
【００６２】
本第２の実施の形態における第２の光通信システムについて説明する。図５（ａ）に第２の光通信システムにおける光軸に沿って切断した断面図、図５（ｂ）に当該光通信システムを光送信モジュール側から見た側面図を示す。
【００６３】
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、当該光通信システムは、光送信モジュール１Ｔ、光伝送路２ｂ、及び光受信モジュール１Ｒによって構成されている。本実施の形態の光伝送路２ｂは、上記第１の実施の形態と異なり、基板３００上に立設したように設けられる。光伝送路２ｂは本体２１０全体が光透過性のある材料、例えば硬化性樹脂で形成されており、その端部に光送信モジュール１Ｔからの光を入射させるための入射端面２１１と光受信モジュール１Ｒへの光を射出させるための射出端面２１２とを備える。光伝送路２ｂと光送信モジュール１Ｔとは、光送信モジュール１Ｔからの斜めの射出光が入射端面２１１に入射するよう位置決めされている。また光伝送路２ｂと光受信モジュール１Ｒとは、射出端面２１２からの斜めの射出光が光受信モジュール１Ｒに入射するよう位置決めされている。図５では、本体２１０が蒲鉾形、すなわち半円柱状に近い断面形状に形成されているが、これに限定されるものではなく、矩形等、多角形形状に形成されていてもよい。本体２１０の断面がいかなる形状をしていても、入射端面２１１及び射出端面２１２に相当する領域は平面を形成していることが好ましい。光通信モジュールからまたは光通信モジュールへの光を同じ条件で入出射する領域をある程度確保するためである。
【００６４】
光送信モジュール１Ｔについては、発光点１０１から射出され、斜めの方向に屈折した光が光伝送路２ｂの入射端面２１１に入射するように位置決めされる。光受信モジュール１Ｒについては、光伝送路２ｂの射出端面２１２から射出された斜めの光がレンズ１０２により屈折し光受信素子の受光点１０１を含むデバイス表面１０４にほぼ垂直に入射可能になるように位置決めされている。
【００６５】
なお、光伝送路２ｂについては周囲に反射膜を設けることにより、光の利用効率を上げることができる。ただしこの場合にも入射端面２１１や射出端面２１２は被覆をしない。
【００６６】
上記構成において、光送信モジュール１Ｔから斜めに射出された光は、光伝送路２ｂの入射端面２１１のいずれかの箇所から本体２１０内に入射する。入射した光は、その入射角に応じて壁面で全反射を繰り返し基板面に平行な方向に伝送される。そして射出端面２１２から射出され、光受信モジュール１Ｒのレンズ１０２に到達する。この光はレンズ１０２によって屈折しデバイス表面１０４に垂直な方向からの光として受光点１０１に入射する。
【００６７】
上記第２の実施の形態によれば、光送信モジュール１Ｔからの光を特にミラーなど使うことなく基板面に沿って伝送させ、かつミラーなどを用いることなく再び基板面に垂直な方向の光として光受信素子に入射させることができる。このためミラー部材の使用や位置、角度調整などが不要である。
【００６８】
また第２の実施の形態によれば、光送信モジュール１Ｔからの光は、開口端面に入射しさえすればよいため、位置合わせが容易である。また、入出射ともミラーなどの特殊部材が必要ない。
【００６９】
また第２の実施の形態によれば、光通信モジュールのレンズ部分の突起を基板上方に向けられるので、光通信システムの実装がし易い。
【００７０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態は、レンズが一体化された光伝送路を用いる第３の光通信システムに関する。
【００７１】
本第３の実施の形態における第３の光通信システムは、上記第１の実施の形態と近似した構成を備えるが、光通信モジュールにおけるレンズが存在しない代わりに、光伝送路の開口窓にレンズが設けられている点で異なる。
【００７２】
本第３の実施の形態に係る第３の光通信システムについて説明する。図６（ａ）に第３の光通信システムにおける光軸に沿って切断した断面図、図６（ｂ）に光軸のうち図６（ａ）のＢ−Ｂ切断面で切断した断面図を示す。
【００７３】
図６（ａ）に示すように、当該光通信システムは、光送信素子４Ｔ、光伝送路２ｃ、及び光受信素子４Ｒによって構成されている。光伝送路２ｃは、基板３００に形成された溝３０１内部に収容されている。図６（ｂ）に示すように、光伝送路２ｃは断面が矩形をしている。但し、光伝送路の断面形状は矩形に限定されることなく、他の多角形や円形であってもよい。光伝送路２ｃは、本体２２０とその周囲に形成された反射膜２２３によって構成されている。反射膜２２３は光を全反射可能なもので形成されていればよく、例えばアルミ等の金属薄膜である。また反射膜２２３は膜を形成している必要はなく、光反射材料を本体２２０の周囲に吹き付け等して形成してもよい。特に本実施の形態では、光の集光を効率よく行うために反射レンズ２２４が光伝送路に沿って設けられている。光伝送路２ｃの端部側面には、開口窓２２１及び２２２が設けられている点は、上記第１の実施の形態と同様である。ただし、この開口窓２２１及び２２２には、光通信モジュール１ａが備えていたものと同様のレンズ２２５が一体成形されている点で異なる。
【００７４】
光送信素子４Ｔは、通常の光送信用の光デバイスであり、例えば面発光ダイオードそのものである。同様に、光受信素子４Ｒも通常の光受信用の光デバイスであり、例えばフォトデテクタである。この光送信素子４Ｔについては、デバイス表面１０４の発光点１０１から垂直に射出された光がレンズ２２５の所定位置、すなわち当該レンズの光学的中心軸から所定距離だけ基板平面に平行な方向にずれた位置に入射するように位置決めされている。
【００７５】
光受信素子４Ｒについても、通常の光受信用の光デバイスであり、例えばフォトデテクタである。この光受信素子４Ｒについては、光伝送路２ｃの開口窓２２２に達しレンズ２２５により屈折して基板平面に垂直に射出された光が受光点１０１に入射するように位置決めされる。
【００７６】
上記構成において、光送信素子４Ｔから垂直に射出された光は、光伝送路２ｃの開口窓２２１のレンズ２２５のうち、当該レンズの光学的中心位置から所定距離だけずれた位置に入射する。入射した光はレンズ２２５により屈折し入射角θの斜めの光になる。この光は、その入射角に応じて反射膜２０３で全反射を繰り返し基板面に平行な方向に伝送される。そして開口窓２０２からレンズ２２５の屈折作用により再び基板平面に垂直な方向に射出されて、光受信素子４Ｒの受光点１０１に到達する。
【００７７】
上記第３の実施の形態によれば、光送信素子４Ｔからの光を特にミラーなど使うことなく基板面に沿って伝送させ、かつミラーなどを用いることなく再び基板面に垂直な方向の光として光受信素子４Ｒに入射させることができる。このためミラー部材の使用や位置、角度調整などが不要である。
【００７８】
また第３の実施の形態によれば、光伝送路を、全反射を行う反射膜によって囲んでいるので、光損失を抑えることができる。
【００７９】
また第３の実施の形態によれば、光通信モジュールのレンズ部分の突起を溝内に納めたので、光通信システムの実装がし易い。
【００８０】
また第３の実施の形態によれば、光送信素子４Ｔや光受信素子４Ｒには通常の光デバイスを用いることができる。
【００８１】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態は、レンズが一体化された光伝送路を用いる光伝送路について、上記第３の実施の形態とは異なる形態の光伝送路を組み合わせた第４の光通信システムに関する。
【００８２】
本第４の実施の形態における第４の光通信システムについて説明する。図７（ａ）に第４の光通信システムにおける光軸に沿って切断した断面図、図７（ｂ）に当該光通信システムを光送信モジュール側から見た側面図を示す。
【００８３】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、当該光通信システムは、光送信素子４Ｔ、光伝送路２ｄ、及び光受信素子４Ｒによって構成されている。本実施の形態の光伝送路２ｄは、上記第３の実施の形態と異なり、基板３００上に立設したように設けられる。光伝送路２ｄは本体２３０全体が光透過性のある材料、例えば硬化性樹脂で形成されており、その端部に光送信素子４Ｔからの光を入射させるための入射端面２３１と光受信素子４Ｒへの光を射出させるための射出端面２３２とを備える。さらに入射端面３１にはレンズ２３３が、射出端面２３２にもレンズ２３４が設けられている。
【００８４】
光送信素子４Ｔは、通常の光送信用の光デバイスであり、例えば面発光ダイオードそのものである。同様に、光受信素子４Ｒも通常の光受信用の光デバイスであり、例えばフォトデテクタである。この光送信素子４Ｔについては、デバイス表面１０４上の発光点１０１から垂直に射出された光がレンズ２３３の所定位置、すなわち当該レンズの光学的中心軸から所定距離だけ基板平面に平行な方向にずれた位置に入射するように位置決めされている。
【００８５】
光受信素子４Ｒについても、通常の光受信用の光デバイスであり、例えばフォトデテクタである。この光受信素子４Ｒについては、光伝送路２ｄの射出端部２３２に達しレンズ２３４により屈折して基板平面に垂直に射出された光が光受信素子４Ｒの受光点１０１に入射するように位置決めされる。
【００８６】
図５では、本体２３０が蒲鉾形、すなわち半円柱状に近い断面形状に形成されているが、これに限定されるものではなく、矩形等、多角形形状に形成されていてもよい。
【００８７】
上記構成において、光送信素子４Ｔから垂直に射出された光は、光伝送路２ｄの入射端面２３１のレンズ２３３のうち、当該レンズの光学的中心位置から所定距離だけずれた位置に入射する。入射した光はレンズ２３３により屈折し入射角θの斜めの光になる。この光は、その入射角に応じて本体２３０の壁面で反射を繰り返し基板面に平行な方向に伝送される。そして反対側の射出端面２３２に達しそこのレンズ２３４の屈折作用により再び基板平面に垂直な方向に射出されて、光受信素子４Ｒの受光点１０１に到達する。
【００８８】
上記第４の実施の形態によれば、光送信素子４Ｔからの光を特にミラーなど使うことなく基板面に沿って伝送させ、かつミラーなどを用いることなく再び基板面に垂直な方向の光として光受信素子に入射させることができる。このためミラー部材の使用や位置、角度調整などが不要である。
【００８９】
また第４の実施の形態によれば、レンズ部分の突起が光伝送路に設けられているので、光通信システムの実装がし易い。
【００９０】
また第４の実施の形態によれば、光送信素子４Ｔや光受信素子４Ｒには通常の光デバイスを用いることができる。
【００９１】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態は、本発明に係る光通信モジュールの製造方法の具体例に関する。図８の製造工程断面図を参照しながら、当該製造方法を説明する。
【００９２】
まず光デバイス１００のデバイス表面に制御薄膜１０３を形成する（ＳＴ１）。制御薄膜１０３は、光透過性があり、樹脂材料液との親和性が調整されている材料によって形成する。例えば、所定の樹脂材料を塗布等して形成可能である。次いで、この制御薄膜１０３を、レンズ１０２の予定形成領域の形状にパターニングする（ＳＴ２）。このとき目的とする光入出射点１０１と光学的中心ＬＣとの距離を、本発明の原理に基づいて設定する。
【００９３】
次いでピエゾジェット式記録ヘッドと同等の構造を備える液体吐出装置１０から光透過性樹脂材料液１１を制御薄膜１０３表面に適量吐出させる（ＳＴ３）。この材料液１１は光透過性樹脂を溶媒に溶解して液滴吐出に適するような粘度に調整されているものである。吐出量は、制御薄膜１０３からあふれ出ない程度とする。
【００９４】
次いで吐出された樹脂材料液１１に含まれる溶媒を加熱乾燥させる（ＳＴ４）。溶媒が蒸発すると樹脂材料液１１は固化するが、その体積が相当減少し、充分な表面の曲率が得られないことがある。このような場合には、再び樹脂材料液１１の吐出工程（ＳＴ３）と加熱乾燥工程（ＳＴ４）とを繰り返し、目的とする曲率が得られるまで光透過性樹脂を積層する。
【００９５】
以上の工程によって、制御薄膜１０３上に本発明のレンズ１０２が形成される。レンズの半径Ｒや光学的中心ＬＣと光受発光点ＬＰとのずれΔｄは、前述した関係によって設定する。レンズの光学的特性は、レンズ材料の粘性、レンズ材料の吐出量等で定まる。
【００９６】
なお、上記工程において制御薄膜１０３を形成せず位置制御しながら光学的中心点ＬＣを中心として材料液を吐出してレンズ１０２を形成するようにしてもよい。
【００９７】
以上の例は、樹脂材料液との親和性を調整する制御薄膜を用いる例であるが、これを用いない場合には、例えば、デバイス表面１０４の所定箇所にくぼみ（バンク）を形成することは好ましい。インクジェット技術によってこのくぼみに紫外線硬化樹脂等をレンズ形状になるまで吐出させ、紫外線を照射させて硬化させる。レンズの光学的特性は、バンプの形状、レンズ材料の粘性、レンズ材料の吐出量等で定まる。
以上本第５の実施の形態によれば、液滴吐出法を利用することにより、簡単に本発明の光通信モジュールを形成可能である。
【００９８】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態は、本発明の光通信モジュールを備えた電子機器、特にパーソナルコンピュータに関する。
【００９９】
図９は、本実施形態におけるパーソナルコンピュータ１０００の構成を示す斜視図である。図９において、パーソナルコンピュータ１０００は、表示パネル１００１と、キーボード１００２を備えた本体部１００４と、から構成されている。当該コンピュータ表示装置１０００の本体部１００４の内蔵基板間や本体部１００４と表示パネル１００１との通信には、本発明の光通信モジュールの製造方法により製造された光通信モジュールが利用されている。
【０１００】
上記例に限らず本発明に係る光通信モジュールは、光通信という高速通信を利用する、あらゆる電子機器の製造に適用可能である。
【０１０１】
（その他の変形の可能性）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の特許請求の範囲に記載の要旨の範囲内で種々に変形、変更できるものである。
【０１０２】
例えば、本発明は、レンズを光デバイス側に一体化する例（第１及び第２の実施の形態）、及びレンズを光伝送路側に一体化する例（第３及び第４の実施の形態）を示したが、これに限定されない。
【０１０３】
すなわち、光送信側においてレンズと光デバイスとを一体化し、光受信側においてレンズと光伝送路とを一体化するように光通信システムを構成してもよい。またこれとは逆に、光送信側においてレンズと光伝送路とを一体化し、光受信側においてレンズと光デバイスとを一体化するように光通信システムを構成してもよい。
【０１０４】
またレンズは一体化されていなければならないことはなく、光デバイスと光伝送路との間に配置して光通信システムを構成してもよい。
【０１０５】
また上記実施の形態では、独立した光通信モジュールを例示したが、モジュールアレイにしてもよい。例えば所定のピッチで光入出射点が設けられている光デバイスアレイ上に、同じピッチで光学的中心点が配置されているレンズアレイを合わせる。両者のピッチが同じであるため、各光デバイスの光入出射点と光学的中心点との位置ずれはどの組においても等しくなる。したがって、このような光デバイスアレイとレンズアレイとを組み合わせた光通信モジュールアレイを構成すれば、入出射される光の傾きをアレイ全体で統一的に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光通信モジュールの原理を説明する図。
【図２】実施の形態に係る光通信モジュールの構成図。
【図３】本発明の光モジュールにおける各要素の関係図。
【図４】第１の実施の形態に係る光通信システムの構成であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ切断面図。
【図５】第２の実施の形態に係る光通信システムの構成であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の光送信素子側から見た正面図。
【図６】第３の実施の形態に係る光通信システムの構成であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ切断面図。
【図７】第４の実施の形態に係る光通信システムの構成であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の光送信素子側から見た正面図。
【図８】第５の実施の形態に係る光通信モジュールの製造工程断面図。
【図９】本発明の第６の実施の形態に係る電子機器の例であり、携帯型パーソナルコンピュータを例示するものである。
【符号の説明】
ＯＤ…光デバイス（光送信素子、光受信素子）、ＯＦ…光ファイバ（光伝送路）、Ｌ…レンズ、ＬＰＡ…光入射出軸、ＬＣＡ…光学的中心軸、ＬＰ…光路、Δｄ…ずれ量、１Ｔ、４Ｔ…光送信素子、１Ｒ、４Ｒ…光受信素子、２ａ〜２ｄ…光伝送路、１００…光デバイス本体、１０１…受発光点、１０２…集光レンズ、１０３…親和性薄膜、１０４…デバイス表面、２００、２１０、２２０、２３０…光伝送路本体、２０１、２１１、２２１、２３１…入射側開口窓、２０２、２１２、２２２、２３２…射出側開口窓、２０３、２２３…反射膜、２２４…反射レンズ、２３３、２３４、２２５…レンズ、３００…基板、３０１…溝

Claims

基板内に形成された溝内に形成され、基板表面に向いた開口窓を複数備え、前記開口窓の各々にはレンズを備えた光伝送路と、
デバイス表面の発光点に略垂直な光射出軸に沿って光を射出し、前記開口窓のいずれか一つに対向して当該デバイス表面を向けて配置される光送信素子と
デバイス表面の受光点に略垂直な光入射軸に沿って光を入射し、前記開口窓の他のいずれか一つに対向して当該デバイス表面を向けて配置される光受信素子と、
前記光伝送路の周囲に設けた光反射膜と、
前記光反射膜の前記光伝送路の内面側に設けた複数の反射レンズと、を備え、
前記光送信素子の前記光射出軸は前記レンズの光学的中心軸から所定距離ずらされて配置され、
前記光受信素子の前記光入射軸は前記レンズの光学的中心軸から所定距離ずらされて配置され、
前記複数の反射レンズは、前記光送信素子の前記射出軸と前記光送信素子に対向して配置した前記レンズの光学的中心軸とのずれにより発生する前記光伝送路の内部への光の入射角、及び、前記光受信素子の前記入射軸と前記光受信素子に対向して配置した前記レンズの光学的中心軸とのずれにより発生する前記光伝送路内部から前記レンズに向けての光の射出角に応じた光路に対応する位置に配置され、
前記開口窓に設けられた前記レンズが前記溝内に納まる厚みを有していることを特徴とする光通信システム。
請求項１に記載の光通信システムを備える電子機器。