JP7215161B2 - 光導波路の評価方法および光モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路の評価方法および光モジュールの製造方法に関するものである。

光導波路および光素子の各部品を備える光モジュールでは、光導波路のコア部に形成された傾斜面からなるミラーにより、コア部の光路を変換し、光素子と結合させる。このため、傾斜面の角度や面精度といった性状が、光モジュールにおける損失を左右することとなる。そこで、傾斜面の性状を短時間に評価する方法が求められている。

特許文献１には、線状のコアと、コアに形成された光反射面と、を備える光導波路の検査方法として、光導波路のコアの端部から光を入射し、その光を光反射面で反射させた後、光導波路から出射させ、出射した光を撮像して画像上における輝度を測定し、測定した輝度のうち閾値以上のピクセルの数をエリア積算値として求め、このエリア積算値に基づいて光反射面の湾曲の程度を評価する方法が開示されている。すなわち、この方法では、光反射面の湾曲の程度と、エリア積算値と、の間に相関関係があることを利用して、光反射面の湾曲の程度を評価している。

特開２０１７－１１１０２５号公報

前述したように、特許文献１に記載の方法では、撮像した画像上において、輝度が閾値以上であるピクセルの数をエリア積算値とし、このエリア積算値に基づいて光反射面の湾曲の程度を評価している。つまり、エリア積算値は、出射した光を撮像した画像において、所定の輝度を満たす面積に相当する。

ところで、このようなエリア積算値に基づく評価では、光反射面を介した光導波路と光素子との結合損失を抑えるという目的を果たすことができない場合がある。例えば、エリア積算値は十分に大きいものの、輝度が閾値以上であるピクセルが画像内で分散しているようなケースがあり得る。このような場合、光モジュールの光結合構造によっては、光導波路の結合損失が悪化する原因となり得る。

しかしながら、前述したようなエリア積算値に基づく評価では、このように輝度が閾値以上であるピクセルがどのように分布していたとしても、その分布が考慮されないという課題がある。
さらには、輝度そのものには光反射面の角度分布の情報が含まれないため、光反射面と光素子との相互の位置合わせを最適化するための評価としては不十分であるという課題がある。

本発明の目的は、光路変換部における反射光の角度の分布状態を考慮しつつ光導波路を簡単に評価することができる光導波路の評価方法、および、部品間の結合損失が小さい光モジュールを効率よく製造可能な光モジュールの製造方法を提供することにある。

このような目的は、下記（１）～（６）の本発明により達成される。
（１） 線状に延在するコア部と、前記コア部の光路を変換する傾斜面と、を備える光導波路を評価する方法であって、
前記コア部に光を入射し、前記傾斜面で反射されて出射した出射光を検出面で受光し、前記検出面の面内の所定方向における前記出射光の輝度分布曲線を求める工程と、
前記輝度分布曲線を、あらかじめ取得しておいた変換式による変換に供して、前記傾斜面の角度分布曲線を求める工程と、
前記角度分布曲線に基づいて前記光導波路を評価する工程と、
を有することを特徴とする光導波路の評価方法。

（２） 前記光導波路を評価する工程は、
前記角度分布曲線において、角度変位が連続して閾値範囲内になっている部分の長さを求め、
前記部分の長さと、前記傾斜面の前記所定方向成分の長さと、に基づいて、前記光導波路を評価する工程である上記（１）に記載の光導波路の評価方法。

（３） 前記角度分布曲線の前記部分の形状に基づき、前記光導波路を評価する上記（２）に記載の光導波路の評価方法。
（４） 前記傾斜面から光を入射させ、前記コア部から出射した光を撮像して得られた画像から求めた前記コア部の厚さを、前記傾斜面の前記所定方向成分の長さとして求める上記（２）または（３）に記載の光導波路の評価方法。
（５） 前記変換式は、
あらかじめ前記傾斜面のプロファイルを取得した後、前記プロファイルを微小な区間に分けるとともに、前記区間ごとの角度を求め、
前記区間の角度をプロットすることにより、変換式算出用の角度分布曲線を求め、
前記変換式算出用の角度分布曲線と、前記光導波路と同一の光導波路についてあらかじめ取得しておいた出射光の輝度分布曲線と、の差分を最小化する係数およびオフセット量の少なくとも一方を求めて導出された式である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の光導波路の評価方法。

（６） 線状に延在するコア部と前記コア部の光路を変換する傾斜面とを備える光導波路、および、光素子を備える光モジュールの製造方法であって、
前記光導波路の前記コア部に光を入射し、前記傾斜面で反射されて出射した出射光を検出面で受光し、前記検出面の面内の所定方向における前記出射光の輝度分布曲線を求める工程と、
前記輝度分布曲線を、あらかじめ取得しておいた変換式による変換に供して、前記傾斜面の角度分布曲線を求める工程と、
前記角度分布曲線において、角度変位が連続して閾値範囲内になっている部分の位置を求める工程と、
前記部分の位置に基づいて、前記光導波路の前記傾斜面に対する前記光素子の位置決めを行う工程と、
を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。

本発明によれば、光路変換部における角度の分布状態を考慮しつつ光導波路を評価することができる。

また、本発明によれば、部品間の結合損失が小さい光モジュールを効率よく製造することができる。

実施形態に係る光導波路の評価方法に供される光導波路の一例を示す斜視図である。 図１に示す光導波路を評価する方法に用いる装置の一例を模式的に示す側面図である。 実施形態に係る光導波路の評価方法を説明するための工程図である。 ２次元の輝度分布の例を示す図である。 図４に示す２次元の輝度分布から求めた、コア部の延在方向における輝度分布曲線ＣＬの一例である。 共焦点レーザー顕微鏡によって求められたミラー（傾斜面）のプロファイルＰＲ、および、このプロファイルＰＲから導出された角度分布曲線ＣＡ’を表す図である。 図６に示すミラーのプロファイルＰＲを取得する方法を説明するための図である。 輝度分布曲線ＣＬを角度分布曲線ＣＡに変換する手順を説明するための図である。 評価工程を説明するための図である。 ミラー（傾斜面）の所定方向成分の長さｂを求める方法を説明するための図である。 図５とは別の輝度分布曲線ＣＬの例である。 実施形態に係る光モジュールの製造方法を説明するための工程図である。 実施形態に係る光モジュールの製造方法を説明するための図である。 実施形態に係る光モジュールの製造方法を説明するための図である。

以下、本発明の光導波路の評価方法および光モジュールの製造方法について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

（光導波路）
まず、実施形態に係る光導波路の評価方法の説明に先立ち、この評価方法に供される光導波路の一例について説明する。

図１は、実施形態に係る光導波路の評価方法に供される光導波路の一例を示す斜視図である。

図１に示す光導波路９は、層状をなす、光信号を伝送し得る部材である。この光導波路９は、クラッド層９１、コア層９３およびクラッド層９２が下方からこの順で積層されてなる積層体である。

コア層９３は、図１に示すように、直線状に延伸するコア部９４と、各コア部９４にそれぞれ併設され、すなわち、コア層９３内においてコア部９４の両側に設けられ、コア部９４より屈折率の低い側面クラッド部９５と、を有している。

コア部９４の幅および高さは、特に限定されないが、１～２００μｍ程度とされる。また、コア層９３に形成されているコア部９４の数は、特に限定されず、例えば２～１００本程度とされる。

光導波路９には、図１に示すように、コア部９４の途中にミラー９７が形成されている。このミラー９７により、例えば、光入出射面９６からコア部９４に入射した光の伝搬方向が変換され、光導波路９の厚さ方向の外部に光を取り出すことができる。そして、例えばミラー９７の位置に合わせて光ファイバーや光素子等の光学部品を設けることにより、光導波路９とこれらの光学部品とを光学的に接続することができる。

このミラー９７は、コア部９４の途中を凹没させるように加工し、これにより得られる凹部９７０の傾斜面で構成されている。ミラー９７の性能が信号光の反射角に大きく影響し、ひいては光導波路９と光学部品との光結合効率に大きな影響を及ぼすため、ミラー９７の性能を的確に評価することは重要である。

ミラー９７を構成する傾斜面は、図１に示すように、クラッド層９２からコア層９３を経てクラッド層９１に至るまでの間に連続して形成された平坦面であり、この平坦面は、コア部９４の光軸に対して傾斜している。

なお、ミラー９７は、コア部９４の途中ではなく、コア部９４の延長線上に位置する側面クラッド部９５に形成されていてもよい。

また、測定に供される光導波路９の屈折率分布は、特に限定されず、例えば屈折率が不連続的に変化したいわゆるステップインデックス（ＳＩ）型の分布であってもよく、屈折率が連続的に変化したいわゆるグレーデッドインデックス（ＧＩ）型の分布であってもよい。

（光導波路の評価装置）
次に、実施形態に係る光導波路の評価方法に用いる装置の一例について説明する。

図２は、図１に示す光導波路を評価する方法に用いる装置の一例を模式的に示す側面図である。なお、図２中の左右方向をＸ軸方向、上下方向をＺ軸方向、紙面厚さ方向をＹ軸方向とする。

図２に示す評価装置１は、光導波路９の光入出射面９６に向けて光を照射する光源１１と、光導波路９のミラー９７から出射した光を撮像するカメラ１２と、カメラ１２をＺ軸方向に駆動するアクチュエーター１３と、カメラ１２で撮像された画像上において出射光の輝度分布曲線を求め、角度分布曲線を求める制御部１４と、を備えている。また、図２に示す評価装置１は、光導波路９を保持するステージ１５を備えている。以下、評価装置１の各部について説明する。

ステージ１５は、光導波路９を載置し得る台である。図２に示すステージ１５は、板状をなしている。ステージ１５は、例えば金属製、ガラス製、セラミックス製、樹脂製の平板等で構成される。

また、ステージ１５の上面には、必要に応じて粘着層１５１が設けられていてもよい。この粘着層１５１により、ステージ１５上に光導波路９を容易に固定することができる。また、粘着層１５１と光導波路９とが密着したとき、粘着層１５１が光導波路９の下面の形状に追従することにより、仮に光導波路９の下面に凹凸が存在していたとしても、その凹凸が粘着剤によって埋められる。このため、撮像された画像において凹凸の光学的な影響を軽減することができる。したがって、粘着層１５１には、柔軟性を有するものが好ましく用いられる。

なお、ステージ１５には、必要に応じて、光導波路９をＸ－Ｙ平面に沿って搬送したり、Ｚ方向に沿って搬送したりする機能を付してもよい。すなわち、ステージ１５は、いわゆるＸＹステージやＸＹＺステージであってもよい。

光源１１は、光導波路９の光入出射面９６に対向して設置されている。図２に示す光源１１は、発光部１１１と、出射部１１２と、発光部１１１と出射部１１２との間を光学的に接続するライトガイド１１３と、を備えている。

発光部１１１としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ハロゲンランプのような各種ランプ、各種レーザー光源等の発光素子等が挙げられる。このうち、各種レーザー光源が好ましく用いられる。

発光部１１１が出射する光は、特に限定されないが、例えば、発光スペクトルの最大ピーク波長が３５０～１４００ｎｍの光とされる。また、発光スペクトルの最大ピーク波長は、６００～１１００ｎｍ程度であるのが好ましく、６２５～９５０ｎｍ程度であるのがより好ましい。

出射部１１２は、ライトガイド１１３を介して伝搬してきた光を光入出射面９６に対して入射させるように配置されている。

カメラ１２は、図２に示す光導波路９の上方に設置され、ミラー９７から出射してきた光を撮像する。カメラ１２と光導波路９との離間距離は、カメラ１２内の光学系の仕様、例えば拡大倍率、必要照度等に応じて適宜選択される。

図２に示すカメラ１２は、光導波路９に相対する対物レンズ１２１と、ミラー９７で反射された光を対物レンズ１２１で拡大して撮像する撮像素子１２２（検出面）と、対物レンズ１２１や撮像素子１２２を収納する筐体１２３と、を備えている。

対物レンズ１２１の拡大倍率は、特に限定されないが、２～３００倍程度であるのが好ましく、５～２００倍程度であるのがより好ましい。また、対物レンズ１２１の開口数（ＮＡ）は、０．０１～０．４程度であるのが好ましく、０．０２～０．３５程度であるのがより好ましい。

撮像素子１２２としては、光の受光位置と輝度とを特定し得るものであればよく、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、イメージングプレート等が挙げられる。

また、カメラ１２は、上述したような対物レンズ１２１、撮像素子１２２および筐体１２３の他に、他の光学要素を備えていてもよい。他の光学要素としては、例えばバンドパスフィルター、コリメートレンズ、偏光子等が挙げられる。

アクチュエーター１３は、カメラ１２をＺ方向に駆動する駆動装置である。アクチュエーター１３では、その駆動量を精密に調整することができるので、ミラー９７と撮像素子１２２との離間距離を厳密に制御することができる。

アクチュエーター１３は、リニアアクチュエーターの他、油圧シリンダー、電動シリンダーのような動力シリンダー等であってもよい。

制御部１４は、光源１１、カメラ１２およびアクチュエーター１３とそれぞれ電気的に接続され、これらの動作を制御する。具体的には、光源１１から出射する光量を調整するとともに、ミラー９７で反射された光をカメラ１２で撮像する。そして、取得した画像を解析し、画像上における出射光の輝度分布を求める。また、アクチュエーター１３によりミラー９７と撮像素子１２２との離間距離を変更するとともに、離間距離の変更動作に同期して撮像動作を行う。

（光導波路の評価方法）
次に、実施形態に係る光導波路の評価方法について説明する。
図３は、実施形態に係る光導波路の評価方法を説明するための工程図である。

本実施形態に係る光導波路の評価方法は、図３に示すように、コア部９４に光を入射し、ミラー９７（傾斜面）で反射されて出射した出射光をカメラ１２の撮像素子１２２（検出面）で受光し、撮像素子１２２の面内の所定方向における出射光の輝度分布曲線ＣＬを求める輝度分布曲線取得工程Ｓ０１と、輝度分布曲線ＣＬに基づいて、ミラー９７の角度分布曲線ＣＡを求める角度分布曲線取得工程Ｓ０２と、角度分布曲線ＣＡに基づいて光導波路９を評価する評価工程Ｓ０３と、を有する。以下、各工程について順次説明する。

［１］輝度分布曲線取得工程Ｓ０１
まず、光源１１から光を出射させ、光入出射面９６からコア部９４に光を入射させる。コア部９４に入射した光は、ミラー９７で反射され、光導波路９の上方に向かって光路が９０°変換される。そして、カメラ１２に入射し、撮像素子１２２で撮像される。これにより、撮像素子１２２では、反射光を画像として取得することができる。取得した画像は、制御部１４に送信され、制御部１４において画像処理を行う。具体的には、画像を構成する各画素には、輝度の情報が付随しているため、制御部１４では、２次元的な輝度分布を取得することができる。

このようにして得られた２次元の輝度分布の例を図４に示す。図４に示す２次元の輝度分布では、反射光の輝度が長方形状の範囲に表されており、かつ、各画素で取得された輝度の大きさが濃淡で表されている。具体的には、輝度が大きい領域は淡色で、輝度が小さい領域は濃色で表されている。

次に、制御部１４において、このような２次元の輝度分布から、所定方向における１次元の輝度分布を抽出する。所定方向は、２次元の輝度分布の面内の方向、すなわち、撮像素子１２２の面内の方向であれば、特に限定されないが、本実施形態では、一例として、コア部９４の延在方向とする。図４では、左右方向である。そして、２次元の輝度分布から、コア部９４の延在方向における１次元の輝度分布曲線を求める。

図５は、図４に示す２次元の輝度分布から求めた、コア部９４の延在方向における輝度分布曲線ＣＬの一例である。具体的には、図５に示す輝度分布曲線ＣＬは、図４に示す２次元の輝度分布のうち、コア部９４の延在方向と平行で、かつ上下方向の中心を通過するように引いた方向軸上における輝度分布曲線ＣＬである。なお、図５に示す輝度分布曲線ＣＬでは、縦軸の最大輝度を１に規格化している。したがって、図５の縦軸は任意単位である。また、横軸は、光導波路９に形成された凹部９７０の底を原点としたときの距離である。

図５に示すように、輝度分布は一定ではなく、輝度の揺らぎを持っていることが多い。このため、輝度分布曲線ＣＬは、一定にならず、距離に応じて変化する。

［２］角度分布曲線取得工程Ｓ０２
次に、輝度分布曲線ＣＬに基づいて、後述する手順で、ミラー９７の角度分布曲線を求める。

角度分布曲線とは、コア部９４の延在方向と平行な方向軸をミラー９７上に投影したとき、その方向軸上におけるミラー９７の角度の分布を表した曲線のことをいう。このような角度分布曲線は、通常、ミラー９７を構成する傾斜面に接触探針や測距用レーザーを走査し、傾斜面の変位量分布、すなわちミラー９７のプロファイルを取得した後、その変位量から角度変化を算出することによって求められる。したがって、ミラー９７の角度分布曲線を求めることは、これまで、このような傾斜面の変位量を直接測定するという手間のかかる作業を伴っていた。このため、角度分布曲線を求めることは容易ではなく、それに基づく光導波路９の評価を行うことには、多くの手間とコストを要していた。

かかる課題について、本発明者は、ミラー９７の角度分布に基づく評価を簡単に行う方法について鋭意検討を重ねた。そして、輝度分布曲線ＣＬから角度分布曲線ＣＡを導き得ることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明者は、輝度分布曲線ＣＬの変化率の推移と、角度分布曲線ＣＡの変化率の推移との間に、一定の相関関係があることを見出した。つまり、輝度分布曲線ＣＬの形状を角度分布曲線ＣＡの形状に変換可能であることを見出した。

図６は、共焦点レーザー顕微鏡によって求められたミラー９７（傾斜面）のプロファイルＰＲ、および、このプロファイルＰＲから導出された角度分布曲線ＣＡ’を表す図である。また、図７は、図６に示すミラー９７のプロファイルＰＲを取得する方法を説明するための図である。

ミラー９７のプロファイルＰＲは、横軸に、光導波路９の凹部９７０の底に設定した原点からの距離をとり、縦軸に、ミラー９７の変位量をとったとき、ミラー９７の面変位の分布を表したものである。このプロファイルＰＲの取得にあたっては、図７に示すように、まず、ミラー９７がほぼ水平になるように、光導波路９を固定する。次に、ミラー９７に対向するように共焦点レーザー顕微鏡Ｍを載置する。そして、共焦点レーザー顕微鏡Ｍを用いてミラー９７までの距離を測定し、それに基づいてミラー９７の変位量の分布、すなわちミラー９７のプロファイルＰＲを取得する。

なお、図６の横軸の数値は、図５に示す輝度分布曲線ＣＬの横軸と合わせるため、実測した水平方向の距離を１．４１４で割った値としている。なお、この１．４１４という値は、角度θが４５°であるとき、コア層９３の厚さに対する、ミラー９７の長さの比（√２／１）から求められる値である。

このようにプロファイルＰＲから導出された図６の角度分布曲線ＣＡ’は、プロファイルＰＲから直接導出された曲線であることから、その縦軸は角度変位となる。なお、図６では、角度分布曲線ＣＡ’の縦軸を、図２に示すミラー９７とクラッド層９１の下面とのなす角度θが４５°であるとき、その角度を基準（０°）としたときの角度変位として表している。このような角度分布曲線ＣＡ’は、測距手段等を用いて求められたミラー９７のプロファイルＰＲから導出されたものであるため、ミラー９７の角度分布を忠実に表したものといえる。したがって、本来であれば、この角度分布曲線ＣＡ’が簡単に求められればよいが、前述したように、これを求めるためには多くの手間を必要とする。

そこで、本実施形態では、前述したようにして輝度分布曲線ＣＬから角度分布曲線ＣＡを推定することとした。

輝度分布曲線ＣＬが表されている座標系の縦軸は、図５に示すように任意単位の座標軸であることから、この輝度分布曲線ＣＬから角度分布曲線ＣＡを推定するためには、輝度分布曲線ＣＬの縦軸の数値を、角度分布曲線ＣＡの縦軸の数値に換算する必要がある。つまり、曲線の形状については変換可能であるものの、縦軸の換算が必要となる。

図６に示す角度分布曲線ＣＡ’は、ミラー９７のプロファイルＰＲから別途求めた曲線である。具体的には、ミラー９７のプロファイルＰＲを微小な区間に分け、各区間の角度を求める。そして、各区間の角度をプロットすることにより、角度分布曲線ＣＡ’が得られる。したがって、この角度分布曲線ＣＡ’では、実際のミラー９７の角度分布がほぼ忠実に反映されていることになる。このため、輝度分布曲線ＣＬから角度分布曲線ＣＡを推定するためには、まず、同一の光導波路９に対して、あらかじめ輝度分布曲線ＣＬを取得するとともに、ミラー９７のプロファイルＰＲも取得して、そこから角度分布曲線ＣＡ’を導出する。そして、輝度分布曲線ＣＬを角度分布曲線ＣＡに変換したとき、変換結果、つまり角度分布曲線ＣＡが、別途取得した角度分布曲線ＣＡ’に近づくように、変換式を求めるようにすればよい。

図８は、輝度分布曲線ＣＬを角度分布曲線ＣＡに変換する手順を説明するための図である。
具体的には、まず、輝度分布曲線ＣＬをそのまま角度分布曲線ＣＡ１とする。角度分布曲線ＣＡ１の縦軸は、任意単位である。

次に、あらかじめ求めておいた角度分布曲線ＣＡ’と角度分布曲線ＣＡ１とを比較する。そして、角度分布曲線ＣＡ’と角度分布曲線ＣＡ１との差分ができるだけ小さくなるように、角度分布曲線ＣＡ１に任意の係数を掛けるか、角度分布曲線ＣＡ１を任意量オフセットするか、またはその両方を行うといった「変換」を行う。一例として、図８の場合、角度分布曲線ＣＡ１と角度分布曲線ＣＡ’との差分をできるだけ小さくするためには、角度分布曲線ＣＡ１に係数「１．０」を掛けるとともに、角度分布曲線ＣＡ１を下方に「０．４５」オフセットするような変換が考えられる。かかる変換式を適用することにより、角度分布曲線ＣＡ１が「角度分布曲線ＣＡ」に変換される。図８では、変換後の角度分布曲線ＣＡが、角度分布曲線ＣＡ’と良好な近似を示していることがわかる。なお、オフセットする方向は、縦軸方向であっても、横軸方向であってもよい。

以上のようにしてあらかじめ求めておいた変換式を用いることにより、輝度分布曲線ＣＬから角度分布曲線ＣＡを速やかにかつ簡単に推定することができる。

［３］評価工程Ｓ０３
次に、角度分布曲線ＣＡに基づいて光導波路９を評価する。
図９は、評価工程を説明するための図である。

この評価工程は、角度分布曲線ＣＡに基づいて光導波路９を評価する工程であり、その評価内容は角度分布曲線ＣＡに基づくものであれば特に限定されない。ここで、一例として、後述する３つの工程で構成される評価工程について説明する。

本実施形態に係る評価工程は、角度分布曲線ＣＡにおいて、角度変位が連続して閾値範囲Ｔｈ内になっている部分Ａの長さａを求める特定角度範囲長計測工程Ｓ３１と、ミラー９７の所定方向成分の長さｂを求める傾斜面長計測工程Ｓ３２と、長さａと長さｂとに基づいて光導波路９を評価する長さ比較工程Ｓ３３と、を有する。以下、各工程について順次説明する。

［３－１］特定角度範囲長計測工程Ｓ３１
まず、角度分布曲線ＣＡにおいて、角度変位が連続して閾値範囲Ｔｈ内になっている部分Ａの長さａを求める。角度分布曲線ＣＡは、前述したように、角度θが４５°であるときを０°とした場合の角度変位を表している。したがって、角度分布曲線ＣＡが０°よりも大きい場合、その位置におけるミラー９７の角度θが４５°超であることを意味しており、一方、角度分布曲線ＣＡが０°よりも小さい場合、その位置におけるミラー９７の角度θが４５°未満であることを意味している。よって、角度分布曲線ＣＡは、角度変位が０°に近いほど、ミラー９７の角度θが４５°に近いことになり、ミラー９７おける光の反射角度が９０°に近く、かつ、角度変位が少ないということになる。

そして、図９の例では、角度変位が－４°以上４°以下の範囲を閾値範囲Ｔｈとし、網掛けを施している。そうすると、角度分布曲線ＣＡが連続してこの閾値範囲Ｔｈ内に収まっているのは、横軸の距離が約１７μｍから約６０μｍの間の範囲である。角度分布曲線ＣＡのうち、この範囲に含まれている部分Ａでは、角度変位が連続して比較的小さいことから、ミラー９７が角度分布の観点で高品質であるといえる。

つまり、このことは、ミラー９７の面内に、角度の精度が高く、ある程度まとまった領域が存在していることの裏付けとなる。これにより、このミラー９７を備える光導波路９が、高品質な光通信を実現し得ると評価することが可能になる。

具体的には、ミラー９７の面内に、角度の精度が高く、かつ、ある程度まとまった領域が存在している場合、その領域での反射光の放射角度はおおよそ設計の通りとなる。したがって、ミラー９７と結合させるように例えば光素子を配置する場合、その領域に光が照射されるように光素子３やレンズ５４を配置することで、高い光結合効率を容易に実現することができる。

また、そのような領域がある程度まとまっていることで、光素子から放射された光の照射領域内において、角度の精度の低い領域が少ないことになるため、例えば光素子３が発光素子である場合、光素子３からミラー９７を介して光導波路１から光入出射面９６を介して出射し、光ファイバー等の光学部品に入射する輝度の積算値を高めることができる。したがって、総輝度値という観点からも、高い光結合効率および高いＳ／Ｎ比を実現することができる。

なお、領域がどの程度まとまっているか否かは、角度分布曲線ＣＡの部分Ａの大きさに基づいて判断することができる。例えば、角度分布曲線ＣＡの部分Ａ中に、さらに０°に特に近く、かつ、角度変位が特に少ない形状の部分が存在している場合、その部分に対応するミラー９７上の領域は、反射光を一定の方向へ精度よく反射させる可能性が特に高いと推測することができる。

このため、そのようにして部分Ａの形状に基づいて光導波路９を評価するようにしてもよい。これにより、光導波路９と他の光学部品との光結合効率をさらに高めるにあたって、より有用な評価を行うことができる。

一方、部分Ａの外側、つまり、横軸の距離が１７μｍよりも小さい部分、および、６０μｍよりも大きい部分では、それぞれ、角度分布曲線ＣＡで表されている角度変位が－４°未満になっている。このため、この部分では、角度変位が比較的大きいことから、ミラー９７の角度の精度が低いと判断することができる。

以上のようにして光導波路９の評価、とりわけミラー９７を介した光結合効率の優劣を評価することができるが、この評価をさらに定量的に行う場合には、例えば、角度分布曲線ＣＡが連続して閾値範囲Ｔｈ内に収まっている部分Ａの長さａを求めるようにする。この部分Ａの長さａとは、横軸における長さのことをいう。図６の例では、約４３［μｍ］（＝６０－１７）が部分Ａの長さａに相当する。

［３－２］傾斜面長計測工程Ｓ３２
続いて、ミラー９７の所定方向成分の長さｂを求める。ミラー９７の所定方向成分の長さｂとは、コア層９３に対して傾斜しているミラー９７をコア層９３が広がる面に投影したとき、その投影面の所定方向における長さ、すなわちコア部９４の延在方向における長さのことである。この長さｂは、あらかじめ取得されていた既知の値であってもよいが、次のようにして求めた値であってもよい。

図１０は、ミラー９７（傾斜面）の所定方向成分の長さｂを求める方法を説明するための図である。図１０に示す方法では、光源１１とカメラ１２の位置が、図２に示す方法とは反対である。図１０に示す光源１１は、光導波路９の上方に、ミラー９７と対向するように設置されている。つまり、図２に示すカメラ１２の位置に設置されている。図１０に示すカメラ１２は、光導波路９の光入出射面９６に対向して設置されている。つまり、図２に示す光源１１の位置に設置されている。

このような図１０に示す装置構成において、光源１１から光を出射すると、光導波路９の上面からミラー９７に光が入射される。ミラー９７で光が反射されると、コア部９４を伝搬し、光入出射面９６から出射する。この光は、カメラ１２に入射し、撮像素子１２２で撮像される。このようにして撮像された画像において、光導波路９の厚さ方向における長さが「長さｂ」となる。

［３－３］長さ比較工程Ｓ３３
以上のようにして求めた長さａと長さｂとを比較する。

長さｂは、実質的に、コア部９４の厚さに等しい。したがって、長さｂは、ミラー９７の所定方向成分の最大値ということができる。そうすると、前述した長さａは、長さｂに近いほど、前述したように角度の精度が高く、かつ、ある程度まとまった領域が、ミラー９７においてより広い面積を占めているとみなすことができる。つまり、角度分布が良好でかつ連続している領域が、ミラー９７においてより広い面積を占めているということになる。したがって、長さｂに対する長さａの割合を評価指標にして、光導波路９を定量的に評価することができる。

一例として、長さｂに対する長さａの割合は、ミラー角度が４５度の場合、９０％以上であるのが好ましく、９５％以上であるのがより好ましい。このような割合を満たす光導波路９は、ミラー９７における角度分布が良好で連続した領域の占有率が高いものとなる。このため、ミラー９７において良好な光結合効率を実現し得る光導波路９を的確に評価することが可能になり、かかる評価方法は有用なものとなる。

なお、図９の例では、長さａが長さｂとほぼ等しいことから、長さｂに対する長さａの割合は、ほぼ１００％である。

ここで、図１１は、図５とは別の輝度分布曲線ＣＬの例である。また、図１１には、この輝度分布曲線ＣＬを変換した角度分布曲線ＣＡも示している。

図１１に示す例では、部分Ａの長さａが、図９に示す例に比べて短くなっている。このため、長さｂに対する長さａの割合は、９０％未満である。したがって、図１１に示す例は、図５、図６および図９に示す例に比べて、ミラー９７中に含まれる、角度の精度が高く、かつ、ある程度まとまった領域が少ないと評価することができる。よって、図１１に示す例は、図５、図６および図９に示す例に比べて、評価指標が１０％以上低いことから、他の光学部品との光結合効率の観点でやや劣る可能性がある、といったように、光導波路９を定量的に評価することが可能である。

以上のように、本実施形態に係る評価工程は、角度分布曲線ＣＡにおいて、角度変位が連続して閾値範囲Ｔｈ内になっている部分Ａの長さａを求める特定角度範囲長計測工程Ｓ３１と、ミラー９７の所定方向成分の長さｂを求める傾斜面長計測工程Ｓ３２と、長さａと長さｂとに基づいて光導波路９を評価する長さ比較工程Ｓ３３と、を有する。

このような各工程を有することにより、評価工程は、光導波路と他の光学部品との光結合効率を定量的に評価することができる。このため、より有用な評価を行うことができる。

（光モジュールの製造方法）
次に、実施形態に係る光モジュールの製造方法について説明する。

図１２は、実施形態に係る光モジュールの製造方法を説明するための工程図である。図１３および図１４は、実施形態に係る光モジュールの製造方法を説明するための図である。なお、以下の説明では、説明の便宜上、図１３および図１４の上方を「上」、下方を「下」として説明する。また、図１３および図１４において前述した実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

実施形態に係る光モジュールの製造方法は、図１４に示すように、光導波路９と、光素子３と、レンズアレイ５と、を有する光モジュール１００を製造する方法である。
まず、製造方法の説明に先立ち、図１４に示す光モジュール１００について説明する。

図１４に示す光モジュール１００は、光導波路９と、電気基板２と、光導波路９と光学的に接続されている光素子３と、制御素子４と、レンズアレイ５と、を有している。このような光モジュール１００では、図示しない光ファイバーがレセプタクルを介して光導波路９に接続されており、光ファイバーから出射した光を、光導波路９に導入し、ミラー９７で反射させることにより、受光素子である光素子３で受光する。また、光素子３が発光素子である場合には、光素子３で出射した光をミラー９７で反射させ、光導波路９を介して光ファイバーに入射させる。これにより、光ファイバーと光モジュール１００との間で光通信を行うことができる。

図１４に示す電気基板２は、絶縁基板２１と、絶縁基板２１の上面に設けられた導電層２２および接点２３と、を備えている。

また、図１４に示す電気基板２の上面には、光素子３および制御素子４が搭載されている。これらの素子と導電層２２との間は、図示しないボンディングワイヤーを介して電気的に接続されている。なお、この接続構造は、ボンディングワイヤーに限定されず、その他の構造、例えばフリップチップボンディング等で代替されてもよい。

光素子３が発光素子である場合、光素子３としては、例えば、面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＥＬ素子等が挙げられる。

また、光素子３が受光素子である場合、光素子３としては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ、ＡＰＤ）、フォトトランジスター等が挙げられる。

また、制御素子４としては、例えば、ドライバーＩＣ、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）、リミッティングアンプ（ＬＡ）、またはこれらの素子を複合したコンビネーションＩＣ等が挙げられる。

なお、電気基板２には、上述した素子以外に、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＭＰＵ（マイクロプロセッサーユニット）、ＬＳＩ、ＩＣ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、コンデンサー、コイル、抵抗、ダイオード等が搭載されていてもよい。

図１４に示す光導波路９の右端には、ＭＴ型光コネクター６２が装着されている。このＭＴ型光コネクター６２は、図示しないレセプタクルに対してその一端側から挿入されている。

レンズアレイ５は、光導波路９と電気基板２との間に設けられている。図１４に示すレンズアレイ５は、基部５１と、基部５１の縁から下方に向かって立設された壁部５２と、を備えている。そして、壁部５２の下面が電気基板２の上面に接合され、基部５１の上面に光導波路９が接合されている。また、基部５１にはレンズ５４が形成されている。このレンズ５４は、例えば凸レンズであり、基部５１を通過する光を集束させることができる。

なお、レンズアレイ５には、レンズ５４の他に、回折格子、偏光子、プリズム、フィルター等が設けられていてもよい。

次に、図１４に示す光モジュール１００の製造方法について説明する。かかる製造方法は、図１２に示すように、輝度分布曲線取得工程Ｓ０１と、角度分布曲線取得工程Ｓ０２と、角度分布曲線ＣＡにおいて角度変位が連続して閾値範囲Ｔｈ内になっている部分Ａの位置を求める特定角度範囲位置取得工程Ｓ０４と、前記部分Ａの位置に基づいて光導波路９のミラー９７（傾斜面）に対する光素子３の位置決めを行う位置決め工程Ｓ０５と、を有する。以下、各工程について順次説明する。

［１］輝度分布曲線取得工程Ｓ０１
まず、光導波路の評価方法と同様にして輝度分布曲線ＣＬを求める。

［２］角度分布曲線取得工程Ｓ０２
次に、輝度分布曲線ＣＬに基づいて、ミラー９７の角度分布曲線ＣＡを求める。

［３］特定角度範囲位置取得工程Ｓ０４
次に、前述したように、角度分布曲線ＣＡにおいて、角度変位が連続して閾値範囲Ｔｈ内になっている部分Ａの位置を求める。この部分Ａは、前述したように、ミラー９７の面内において、角度の精度が高く、かつ、ある程度まとまった領域に対応しているといえる。したがって、この部分Ａに対応するミラー９７の領域による反射光は、ミラー９７全体の反射光のうち、光通信に最も寄与する可能性が高い光である。よって、この部分Ａに対応するミラー９７の領域に、光素子３から放射される放射光が照射されるように光導波路９と光素子３とを互いに位置合わせすることにより、製造される光モジュールの光結合効率を最大限に高めることが可能になる。

なお、図４に示す画像から図５に示すようにして輝度分布曲線ＣＬを抽出する際、抽出する方向を変えることによって、互いに方向の異なる複数の輝度分布曲線ＣＬを取得することもできる。この場合、複数の輝度分布曲線ＣＬを変換した複数の角度分布曲線ＣＡに基づいて、部分Ａに対応するミラー９７の領域をより正確に特定することが可能となり、光素子３の位置合わせをさらに正確に行うことができる。

また、撮像素子１２２とミラー９７との距離が変わることにより、撮像素子１２２における部分Ａの位置は変化する。したがって、ミラー９７に対して光素子３を正確に位置合わせするためには、ミラー９７における角度分布の情報が必要になる。つまり、角度分布曲線ＣＡに基づく評価を行うことによって、ミラー９７と光素子３との距離が変わった場合でも、ミラー９７の部分Ａに対応する領域から反射した光の進行方向を予測することができる。その結果、光素子３を配置すべき位置、すなわち、高い光結合効率を実現可能な光素子３の位置をより正確に特定することが可能になる。

［４］位置決め工程Ｓ０５
次に、特定された部分Ａの位置に基づいて、ミラー９７に対する光素子３の位置決めを行う。

これにより、ミラー９７と光素子３との光結合効率を最大限に高めることができる。その結果、部品間の結合損失が小さい光モジュールを効率よく製造することができる。

具体的には、角度分布曲線ＣＡに基づくことにより、ミラー９７の部分Ａに対応する領域に、光素子３から放射される放射光が確実に入射する確率の高い光素子３の位置が求められるので、その光路上にレンズ５４を配置すればよいことになる。したがって、レンズアレイ５を配置すべき位置をより正確に把握することができる。まず、図１３に示すように、光導波路９に対してレンズアレイ５を位置合わせしつつ、接着する。これにより、ミラー９７とレンズ５４との間の結合損失が十分に小さい、図１４に示すレンズ付き光導波路１０が得られる。

続いて、図１４に示すように、光素子３が搭載されている電気基板２に対してレンズ付き光導波路１０を載置する。この際に、ミラー９７の部分Ａに対応する領域に光素子３から放射される放射光を入射させるという観点から、光素子３を配置すべき位置を求め、その位置に光素子３が配置されるように、レンズ付き光導波路１０の位置を調整する。そして、調整が完了すると、レンズ付き光導波路１０と電気基板２とを接着する。以上のようにして部品間の結合損失が小さい光モジュール１００を製造することができる。

以上、本発明の光導波路の評価方法および光モジュールの製造方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、ミラーを形成するための凹部内には、必要に応じて、コア部よりも屈折率の低い材料が充填されていてもよく、ミラーに金属膜等が成膜されていてもよい。

また、光導波路の評価方法および光モジュールの製造方法では、前記実施形態に対し、任意の目的の工程が追加されていてもよい。

１ 評価装置
２ 電気基板
３ 光素子
４ 制御素子
５ レンズアレイ
９ 光導波路
１０ レンズ付き光導波路
１１ 光源
１２ カメラ
１３ アクチュエーター
１４ 制御部
１５ ステージ
２１ 絶縁基板
２２ 導電層
２３ 接点
５１ 基部
５２ 壁部
５４ レンズ
６２ ＭＴ型光コネクター
９１ クラッド層
９２ クラッド層
９３ コア層
９４ コア部
９５ 側面クラッド部
９６ 光入出射面
９７ ミラー
１００ 光モジュール
１１１ 発光部
１１２ 出射部
１１３ ライトガイド
１２１ 対物レンズ
１２２ 撮像素子
１２３ 筐体
１５１ 粘着層
９７０ 凹部
ＣＡ 角度分布曲線
ＣＡ’ 角度分布曲線
ＣＡ１ 角度分布曲線
ＣＬ 輝度分布曲線
Ｍ 共焦点レーザー顕微鏡
ＰＲ プロファイル
Ｓ０１ 輝度分布曲線取得工程
Ｓ０２ 角度分布曲線取得工程
Ｓ０３ 評価工程
Ｓ０４ 特定角度範囲位置取得工程
Ｓ０５ 位置決め工程
Ｓ３１ 特定角度範囲長計測工程
Ｓ３２ 傾斜面長計測工程
Ｓ３３ 長さ比較工程
Ｔｈ 閾値範囲
θ 角度

Claims (6)

1. 線状に延在するコア部と、前記コア部の光路を変換する傾斜面と、を備える光導波路を評価する方法であって、
   前記コア部に光を入射し、前記傾斜面で反射されて出射した出射光を検出面で受光し、前記検出面の面内の所定方向における前記出射光の輝度分布曲線を求める工程と、
   前記輝度分布曲線を、あらかじめ取得しておいた変換式による変換に供して、前記傾斜面の角度分布曲線を求める工程と、
   前記角度分布曲線に基づいて前記光導波路を評価する工程と、
   を有することを特徴とする光導波路の評価方法。
2. 前記光導波路を評価する工程は、
   前記角度分布曲線において、角度変位が連続して閾値範囲内になっている部分の長さを求め、
   前記部分の長さと、前記傾斜面の前記所定方向成分の長さと、に基づいて、前記光導波路を評価する工程である請求項１に記載の光導波路の評価方法。
3. 前記角度分布曲線の前記部分の形状に基づき、前記光導波路を評価する請求項２に記載の光導波路の評価方法。
4. 前記傾斜面から光を入射させ、前記コア部から出射した光を撮像して得られた画像から求めた前記コア部の厚さを、前記傾斜面の前記所定方向成分の長さとして求める請求項２または３に記載の光導波路の評価方法。
5. 前記変換式は、
   あらかじめ前記傾斜面のプロファイルを取得した後、前記プロファイルを微小な区間に分けるとともに、前記区間ごとの角度を求め、
   前記区間の角度をプロットすることにより、変換式算出用の角度分布曲線を求め、
   前記変換式算出用の角度分布曲線と、前記光導波路と同一の光導波路についてあらかじめ取得しておいた出射光の輝度分布曲線と、の差分を最小化する係数およびオフセット量の少なくとも一方を求めて導出された式である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光導波路の評価方法。
6. 線状に延在するコア部と前記コア部の光路を変換する傾斜面とを備える光導波路、および、光素子を備える光モジュールの製造方法であって、
   前記光導波路の前記コア部に光を入射し、前記傾斜面で反射されて出射した出射光を検出面で受光し、前記検出面の面内の所定方向における前記出射光の輝度分布曲線を求める工程と、
   前記輝度分布曲線を、あらかじめ取得しておいた変換式による変換に供して、前記傾斜面の角度分布曲線を求める工程と、
   前記角度分布曲線において、角度変位が連続して閾値範囲内になっている部分の位置を求める工程と、
   前記部分の位置に基づいて、前記光導波路の前記傾斜面に対する前記光素子の位置決めを行う工程と、
   を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。

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