JPH05264865A - 導波路デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で接続性能に優れた導波路デバイスを提
供する。 【構成】 基板４の表面に光導波路５を形成した半導体
チップ15の表面に嵌合ガイド溝８とクリアランス調整溝
18を別個の溝として形成する。クリアランス調整溝18に
はクリアランス調整ピン17を収容し、このクリアランス
調整ピン17の上側に第２の溝21を嵌め込んでピン押え蓋
板７をあてがい、導波路チップ15とクリアランス調整ピ
ン17とピン押え蓋板７を接着等により一体化して導波路
デバイス１を形成する。嵌合ガイド溝８とピン押え蓋板
７側の第１の溝20によって囲まれるピン嵌合孔13の大き
さはクリアランス調整ピン17の直径によって規制し、ピ
ン嵌合孔13を光コネクタ３ａ，３ｂ側の位置決め嵌合ピ
ン６と零クリアランスで嵌合して、導波路デバイス１と
光コネクタ３ａ，３ｂの着脱接続を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光分波合波や光の分岐
結合を行う導波路デバイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板に光の導波路を形成し、主として、
光分波合波や光の分岐結合を行う導波路デバイスが広く
知られている。

【０００３】この導波路デバイスの光導波路と単心の光
ファイバあるいは複数の光ファイバを整列固定してなる
光アレイの光ファイバとを接続する場合、いちいち調心
して接着や溶接によって接続する作業は非常に手間隙が
かかって作業性が悪く、このため、最近においては、光
導波路と光ファイバを無調心の状態で接続する接続方式
が広く採用されている。

【０００４】図９には導波路デバイス１と、テープ状の
多心光ファイバ心線２の各光ファイバとを光コネクタ３
ａ，３ｂを用いて無調心によって着脱自在に接続するコ
ネクタ接続例（このコネクタ接続例は出願人が以前に開
発したもので、未だ公知にはなっていない）が示されて
いる。同図において、導波路デバイス１はシリコン等の
基板４と、位置決め嵌合ピン６と、ピン押え蓋板７とを
有して形成されている。基板４の表面には１個以上の光
導波路５が形成されて導波路チップ15が構成されてお
り、この光導波路５の形成領域を挟んでそのチップ表面
の両側にはＶ字形状の嵌合ガイド溝８が形成され、ピン
押え蓋板７の下面側には嵌合ガイド溝８に対向する位置
に台形状の溝10が形成されている。そして、嵌合ガイド
溝８と溝10の間に挟まれて一対のピン嵌合孔13が光導波
路５の長さ方向に伸張して形成され、このピン嵌合孔13
に基板４よりも長尺の位置決め嵌合ピン６が収容されて
いる。この位置決め嵌合ピン６の両端は導波路チップ15
の前後両端側（入出力両端側）から突出されており、こ
の状態で、導波路チップ15と位置決め嵌合ピン６とピン
押え蓋板７とは接着等により一体的に固定されて導波路
デバイス１が形成されている。なお、前記嵌合ピン６の
突出方向は光導波路５のコア端部９側のコア軸と平行に
なっている。

【０００５】この導波路デバイス１に接続する光コネク
タ３ａ，３ｂには多心光ファイバ心線２が接続固定され
ており、光コネクタ３ａ，３ｂの内部には多心光ファイ
バ心線２の各光ファイバが挿通固定されており、その光
ファイバの端部は光コネクタ３ａ，３ｂの接続端面11側
に露出している。この接続端面11側に露出された各光フ
ァイバの配列ピッチは光導波路５のコア端部９の配列ピ
ッチと等しくなっており、光コネクタ３ａ，３ｂに貫通
させて設けたピン挿入孔12を位置決め嵌合ピン６に嵌め
込むことにより、光コネクタ３ａ，３ｂの光ファイバと
導波路デバイス１側の各光導波路５との位置合わせが行
われ、導波路デバイス１の入力側と出力側においてそれ
ぞれ光導波路５と光コネクタ３ａ，３ｂの光ファイバと
の着脱接続が達成されるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この種の導波路デバイ
ス１と光コネクタ３ａ，３ｂの無調心接続方式では、接
続性能は位置決め嵌合ピン６とピン挿入孔12との嵌め合
い精度によって決定される。したがって、接続性能を高
めるためには、導波路チップ15に装着する位置決め嵌合
ピン６の取り付け寸法精度を十分に高めることが必要と
なる。この位置決め嵌合ピン６は嵌合ガイド溝８の両テ
ーパ側面14と台形溝10の底面16に接して位置規制される
ものであるため、特に、台形の溝10の溝深さを細心の注
意を払って超高精度に精密加工しなければならず、この
ため、導波路デバイス１の製造組み立てが非常に難し
く、製品の歩留りが低下する上に、製造組み立ての作業
能率が悪く、製品コストが高くなるという問題があっ
た。

【０００７】このような問題を解消するために、出願人
は、図８に示す構造の導波路デバイス（このデバイスは
未だ公知になっていない）を試作している。この試作の
デバイスは、導波路チップ15に設けたＶ字状の嵌合ガイ
ド溝８の中央部分にクリアランス調整ピン17を収容し、
この状態で、クリアランス調整ピン17の上側を溝10に嵌
め込んでピン押え蓋板７を導波路チップ15の上側に被せ
て導波路チップ15とクリアランス調整ピン17とピン押え
蓋板７とを接着等により一体化して導波路デバイス１と
成し、導波路チップ15の入出力の両端側の嵌合ガイド溝
８と溝10で囲まれる空間部をピン嵌合孔13としたもので
ある。この試作例では光コネクタ３ａ，３ｂのピン挿入
孔12に位置決め嵌合ピン６の基端側を嵌め込み固定し、
この位置決め嵌合ピン６の突出先端側をピン嵌合孔13に
嵌合することによって、導波路デバイス１の光導波路５
と光コネクタ３ａ，３ｂ側の光ファイバ19との着脱接続
を達成するものである。

【０００８】この試作装置によれば、導波路チップ15側
の嵌合ガイド溝８とピン押え蓋板７側の溝10の加工精度
を低くしても、ピン嵌合孔13の大きさ、つまり、嵌合ガ
イド溝８のテーパ側面14と溝10の底面16に内接する円の
直径の大きさをクリアランス調整ピン17の直径を可変す
ることにより位置決め嵌合ピン６の直径に合うように容
易に調整することができ、これにより、導波路デバイス
１の製造組み立てを容易化できるとともに、光コネクタ
３ａ，３ｂとの接続性能を向上させ、しかも、導波路デ
バイス１の製造コストの低減化が図れるのである。

【０００９】しかしながら、この試作の導波路デバイス
は導波路チップ15の嵌合ガイド溝８の中央部分にクリア
ランス調整ピン17を収容するので、このクリアランス調
整ピン17の両側の嵌合ガイド溝８の部分に光コネクタ３
ａ，３ｂの位置決め嵌合ピン６を収容する溝長さを確保
しなければならず、このため、嵌合ガイド溝８の溝長さ
として、クリアランス調整ピン17の長さと光コネクタ３
ａ，３ｂ側の位置決め嵌合ピン６の突出長さを合計した
分の長さが最低必要となり、必然的に導波路チップ15の
長さ寸法が大きくなり、導波路デバイスが大型化すると
いう問題があった。もちろん、クリアランス調整ピン17
を短くし、位置決め嵌合ピン６の突出長さを短くすれば
導波路デバイスを小型化できるが、クリアランス調整ピ
ン17を短くすると、導波路チップ15とピン押え蓋板７と
の接合の安定性が悪くなり、ピン嵌合孔13の孔精度が低
下するという問題が生じ、また、位置決め嵌合ピン６の
突出長を短くすると、光コネクタ３ａ，３ｂの接続の安
定性が悪くなり、光導波路５と各光コネクタ３ａ，３ｂ
の光ファイバ19との接続損失が大きくなるという問題が
生じる。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、導波路デバイスの小型化を
図ることができるとともに、導波路デバイスの光導波路
と光コネクタの光ファイバとの接続損失を小さくするこ
とができる性能の良い導波路デバイスを提供することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、本
発明は、基板上に光導波路を形成してなる導波路チップ
の前記光導波路を挟んだ両側の表面に、クリアランス調
整溝と、壁面間隔が底部に向かって狭幅のテーパ側面を
有する嵌合ガイド溝とが前記光導波路の長さ方向に伸張
してそれぞれ２本以上設けられ、前記クリアランス調整
溝にはクリアランス調整ピンが収容され、このクリアラ
ンス調整ピンは導波路チップとその上側にあてがわれた
ピン押え蓋板によって挟持されており、前記嵌合ガイド
溝とピン押え蓋板との間に形成される空間孔はピン嵌合
孔となっており、このピン嵌合孔の大きさは前記クリア
ランス調整ピンの直径によって規制されていることを特
徴として構成されている。

【００１２】

【作用】上記構成の本発明において、導波路デバイスの
組み立てに際し、クリアランス調整ピンの直径を可変す
ることによりピン嵌合孔の大きさが調整される。そし
て、この調整されたピン嵌合孔に光コネクタ側の位置決
め嵌合ピンを零クリアランスで嵌合することにより、導
波路デバイスの光導波路と光コネクタの光ファイバとが
位置合わせされてその着脱接続が達成される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、以下に述べる実施例において、前記開発お
よび試作の導波路デバイスと同一の部分には同一符号を
付し、重複説明は省略する。図１および図２には本発明
に係る導波路デバイスの第１の実施例が示されている。
この実施例は、前記試作例と同様に、光コネクタ３ａ，
３ｂ側に位置決め嵌合ピン６を突設したもので、導波路
チップ15はシリコン等の基板４の表面に光導波路５を形
成して構成されている。本実施例が前記試作例と異なる
特徴的なことは、導波路チップ15の表面側に、光導波路
５を挟んでその両側に研削やエッチングによってＶ字形
状の嵌合ガイド溝８を形成し、さらに、この一対の嵌合
ガイド溝８の両側に、同様に一対のＶ字形状のクリアラ
ンス調整溝18を前記嵌合ガイド溝８に沿って設け、ピン
押え蓋板７側には前記嵌合ガイド溝８に対向する台形状
の第１の溝20と、クリアランス調整溝18に対向する同様
に台形状の第２の溝21を形成したことである。なお、前
記嵌合ガイド溝８は試作例と同様に、光導波路の入出力
端側のコア軸と平行になっている。

【００１４】前記嵌合ガイド溝８は、光コネクタ３ａ，
３ｂ側の位置決め嵌合ピン６がテーパ側面14に接して嵌
め合わされたときに、光コネクタ３ａ，３ｂの接続端面
11側に露出している多心光ファイバ心線２の光ファイバ
19が導波路チップ15側の光導波路５のコア端部９に高さ
が一致する溝寸法に形成されている。これに対し、前記
クリアランス調整溝18の溝寸法は特に制限を受けること
がないが、この実施例では、嵌合ガイド溝８と同一の工
程で加工できるように同一の寸法形状となっている。

【００１５】このクリアランス調整溝18にはほぼ全長に
亙って、円柱状のクリアランス調整ピン17が溝18のテー
パ側面に接して収容されている。このクリアランス調整
ピン17がクリアランス調整溝18に収容された状態で、導
波路チップ15の上側にピン押え蓋板７が被せられ、クリ
アランス調整ピン17の上端側が台形上の第２の溝21の溝
底面に接した状態でクリアランス調整ピン17は導波路チ
ップ15とピン押え蓋板７とにより挟まれた状態で、接着
等により一体化されている。前記嵌合ガイド溝８はピン
押え蓋板７に覆われ、テーパ側面14と第１の溝20の壁面
に囲まれてピン嵌合孔13が形成されている。このピン嵌
合孔13内でテーパ側面14と第１の溝20の底面20ａに内接
する円の直径はクリアランス調整ピン17の直径によって
規制されるもので、この嵌合ガイド溝８の内接円の直径
は位置決め嵌合ピン６の直径と等しいか、又はこれより
も僅かに小さい直径となるようにクリアランス調整ピン
17の直径が選定されるが、この実施例では嵌合ガイド溝
８の内接円の直径を0.699mmとなるようにクリアランス
調整ピン17の直径が選定され、位置決め嵌合ピン６の直
径0.7 mmよりも１μｍだけ小さい孔径となるようにして
いる。

【００１６】この実施例の導波路デバイス１を光コネク
タ３ａ，３ｂと接続するときには、光コネクタ３ａ，３
ｂ側の位置決め嵌合ピン６を導波路デバイス１側のピン
嵌合孔13に挿入することにより行われるが、この位置決
め嵌合ピン６をピン嵌合孔13に挿入する前は、図３の
（ａ）に示すように、導波路デバイス１とピン押え蓋板
７は弾性変形前の状態にある。これに対し、光コネクタ
３ａ，３ｂの位置決め嵌合ピン６をピン嵌合孔13に嵌め
込んで行くと、前記の如く、ピン嵌合孔13の内接円の直
径は位置決め嵌合ピン６の直径よりも僅かに小さいの
で、導波路チップ15とピン押え蓋板７はクリアランス調
整ピン17の接着固定部27を支点として上下に離れる方向
に僅かに弾性変形してピン嵌合孔13が押し広げられる結
果、この弾性変形の復元力により位置決め嵌合ピン６は
圧接状態で嵌まり合うこととなり、これにより、位置決
め嵌合ピン６とピン嵌合孔13の零クリアランス接続が達
成され、接続損失の小さいコネクタ接続が可能となる。

【００１７】また、本実施例では位置決め嵌合ピン６が
嵌まる嵌合ガイド溝８とクリアランス調整ピン17が嵌ま
るクリアランス調整溝18とを別個独立の溝として２種類
設けたものであるから、前記試作例のように、一種類の
溝に位置決め嵌合ピン６とクリアランス調整ピン17を収
容する場合に比べ、溝の長さを十分に短くすることがで
き、これにより、導波路デバイス１の小型化が可能とな
る。

【００１８】また、導波路デバイス１を小型にしても、
位置決め嵌合ピン６およびクリアランス調整ピン17の収
容部分の溝長さは必要十分な長さを確保できるので、ピ
ン嵌合孔13の寸法形状が安定し、また、ピン嵌合孔13に
嵌まる位置決め嵌合ピン６も安定した嵌合状態となり、
これにより、導波路デバイス１の光導波路５と光コネク
タ３ａ，３ｂの光ファイバ19との位置ずれおよびその位
置ずれのばらつきも非常に小さくなり、低損失の接続が
可能となる。

【００１９】この効果を確かめるために、光導波路５の
コア端部９の形状を８μｍ角とし、光導波路５のコアと
クラッドとの比屈折率差を0.3 ％とし、光導波路５をシ
ングルモードファイバとコンパチブルな構造とし、光コ
ネクタ３ａ，３ｂ側にはシングルモードファイバを取り
付けた状態で、光導波路５と光コネクタ３ａ，３ｂの光
ファイバとの接続損失および着脱における再現性を測定
したところ、接続損失は平均0.5 dBで接続できることが
確認され、また、着脱の再現性も前記試作例のもので0.
2 〜0.3 dBであったものが、本実施例では0.2 dB以下と
なり、優れた再現性を得ることができた。

【００２０】図４には本発明の第２の実施例が示されて
いる。この実施例は、導波路チップ15に形成するクリア
ランス調整溝18の溝形状の底部を平坦とした上端開口の
コ字形状の溝とし、また、嵌合ガイド溝８の溝形状を底
面を平坦として逆台形状の溝とし、ピン押え蓋板７側に
は溝を形成せず、導波路チップ15との対向面を平坦面と
したものであり、それ以外の構成は前記第１の実施例と
同様である。この実施例も、クリアランス調整溝18に収
容されるクリアランス調整ピン17の直径によって嵌合ガ
イド溝８とピン押え蓋板７とのクリアランス、つまり、
嵌合ガイド溝８のテーパ側面14とピン押え蓋板７の底面
に接する内接円の直径、換言すれば、ピン嵌合孔13の大
きさを可変調整することができ、光コネクタ３ａ，３ｂ
の位置決め嵌合ピン６との零クリアランス嵌合が達成さ
れ、低損失のコネクタ接続が可能となる。

【００２１】また、この実施例も位置決め嵌合ピン６が
嵌まる嵌合ガイド溝８とクリアランス調整ピン17が嵌ま
るクリアランス調整溝18を別個の溝としているので、導
波路デバイス１の小型化が達成できる等、前記第１の実
施例と同様な効果を奏することができる。

【００２２】図５には本発明の第３の実施例が示されて
いる。この実施例は、クリアランス調整ピン17を収容す
るピン押え蓋板７側の第２の溝21を導波路チップ15側の
クリアランス調整溝18と同様にＶ字形状の溝とし、導波
路チップ15のクリアランス調整溝18にクリアランス調整
ピン17を収容してその上にピン押え蓋板７を乗せるとき
の組み立て時におけるピン押え蓋板７の位置決めを容易
にしている。そして、導波路チップ15側の嵌合ガイド溝
８の底面側を丸みを帯びた形状にし、さらに、導波路チ
ップ15とピン押え蓋板７とを接着剤等により固定するこ
となく、金属やプラスチック等のばね弾性を有するクラ
ンプ部材22で導波路チップ15とピン押え蓋板７をクラン
プして着脱自在に一体化している。それ以外の構成は前
記第１の実施例と同様である。なお、この実施例ではク
ランプ部材22のクランプ力によって導波路チップ15とピ
ン押え蓋板７は圧接方向に弾性変形するので、クリアラ
ンス調整ピン17の直径は必ずしも位置決め嵌合ピンの直
径に対して同等以下にする必要はなく、位置決め嵌合ピ
ン６の直径よりも僅かに大きくてもよい。

【００２３】この実施例ではクリアランス調整溝18の溝
底面を丸みを帯びた形状にしているので、Ｖ字形状の鋭
利な溝としたときに生じる応力集中を抑制し、基板４の
材質としてシリコン等の脆い基板を使用したときにおい
ても、前記応力集中に起因する破損の発生を防止するこ
とができる。また、この実施例は、その他に、前記第１
の実施例と同様な効果を奏することができる。

【００２４】図６には本発明の第４の実施例が示されて
いる。この実施例は、光導波路５のパターンが異なる導
波路デバイス１を複数、この図では２個接続固定し、こ
の導波路チップ15の接続体の両端側に光コネクタ３ａ，
３ｂを着脱自在に接続するようにしたものである。この
ように、異種導波路の導波路デバイス１を複数接続する
ことで、様々な信号処理の展開を図ることができる。

【００２５】図７には本発明の第５の実施例が示されて
いる。この実施例は、前記各実施例と同様に、導波路デ
バイス１を組み立てた後に、この導波路デバイス１を入
出力端側における光導波路５のコア端部９とピン嵌合孔
13を残し、残りの部分をエポキシ等の合成樹脂によって
モールドしたものである。このように、導波路デバイス
１をモールドすることにより、モールド樹脂の外面に係
合部23や係合孔24等の凹凸部を形成することができ、こ
の係合部23等にばね弾性を有するスプリングクランプ25
の脚部25ａを係合させ、スプリングクランプ25の脚部25
ｂを光コネクタの後端面26に係止して導波路デバイス１
と光コネクタ３ａ，３ｂの接続状態をスプリングクラン
プ25の弾性復元力でもって保持するようにできる。ま
た、モールド樹脂が補強剤として機能するために、導波
路チップ15とクリアランス調整ピン17とピン押え蓋板７
との結合固定強度を強くすることができるとともに、外
力に対する機械的強度を高めることができる。

【００２６】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
各実施例では導波路チップ15に複数の光導波路５を形成
したが、この光導波路５の数は１本以上の任意の数とす
ることができる。また、光コネクタ３ａ，３ｂ側の光フ
ァイバ心線は必ずしも多心である必要がなく、単心であ
ってもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、クリアランス調整ピンの直径
の大きさによってピン嵌合孔の大きさを規制するように
構成したものであるから、嵌合ガイド溝やこの嵌合ガイ
ド溝に対向するピン押え蓋板側の溝の加工精度を緩やか
にしても、クリアランス調整溝にクリアランス調整ピン
を嵌め込んで組み立てるだけで、ピン嵌合孔の精度を十
分に高めることができ、これにより、光コネクタ側の位
置決め嵌合ピンと前記ピン嵌合孔との零クリアランス接
続を確保して接続性能を格段に高めることができる。ま
た、超高精度の溝加工が不用となるので、導波路デバイ
スの製造が非常に容易となり、製品の歩留り率を高める
ことができるとともに、接続性能の良い導波路デバイス
を安価に提供することができる。

【００２８】また、クリアランス調整ピンを収容するク
リアランス調整溝と光コネクタ側の位置決め嵌合ピンが
嵌まる嵌合ガイド溝を導波路チップ上に別個独立の溝と
して形成したものであるから、この位置決め嵌合ピンと
クリアランス調整ピンとを同一の嵌合ガイド溝に収容す
る前記試作例のものに比べ、導波路デバイスを十分に小
型化することができる。しかも、位置決め嵌合ピンとク
リアランス調整ピンの嵌合長さを十分に確保して安定な
嵌合が達成できるので、ピン嵌合孔の寸法形状を安定化
することができるとともに、光コネクタ側の位置決め嵌
合ピンを安定状態で嵌合させることができるので、光コ
ネクタと導波路デバイスの低損失接続およびその低損失
接続のもとでの良好な着脱再現性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る導波路デバイスの第１の実施例を
示す斜視構成図である。

【図２】同実施例の導波路デバイスの分解斜視図であ
る。

【図３】同実施例の導波路デバイスのコネクタ接続前後
の弾性変形状態を示す説明図である。

【図４】本発明の第２の実施例の構成説明図である。

【図５】本発明の第３の実施例を示す構成説明図であ
る。

【図６】本発明の第４の実施例を示す構成説明図であ
る。

【図７】本発明の第５の実施例を示す構成説明図であ
る。

【図８】出願人が先に試作した導波路デバイスの構成説
明図である。

【図９】出願人が以前に開発した導波路デバイスの斜視
説明図である。

【符号の説明】

１ 導波路デバイス ２ 多心光ファイバ心線 ３ａ，３ｂ 光コネクタ ６ 位置決め嵌合ピン ７ ピン押え蓋板 ８ 嵌合ガイド溝 13 ピン嵌合孔 15 導波路チップ 17 クリアランス調整ピン 18 クリアランス調整溝 20 第１の溝 21 第２の溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 史朗 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に光導波路を形成してなる導波路
   チップの前記光導波路を挟んだ両側の表面に、クリアラ
   ンス調整溝と、壁面間隔が底部に向かって狭幅のテーパ
   側面を有する嵌合ガイド溝とが前記光導波路の長さ方向
   に伸張してそれぞれ２本以上設けられ、前記クリアラン
   ス調整溝にはクリアランス調整ピンが収容され、このク
   リアランス調整ピンは導波路チップとその上側にあてが
   われたピン押え蓋板によって挟持されており、前記嵌合
   ガイド溝とピン押え蓋板との間に形成される空間孔はピ
   ン嵌合孔となっており、このピン嵌合孔の大きさは前記
   クリアランス調整ピンの直径によって規制されている導
   波路デバイス。