JP2003270483A - 基準を用いたファイバアセンブリのアライメント - Google Patents
基準を用いたファイバアセンブリのアライメントInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光学スイッチ又は他のPLCにおいてファイハ゛アセンフ゛リを位
置合わせするための時間を短縮すること。 【解決手段】アセンフ゛リ(210,410A)と光学素子(220,420A)
は、複数のヒ゛ーム経路を光学テ゛ハ゛イスの製造中に位置合わせ
するための基準(212,414,222,424)を有する。光ファイハ゛(1
12)用の機械加工された溝(116)を備える基板(215)を含
むアセンフ゛リにおいて、基準は、カーホ゛ン被覆ファイハ゛(212)又は
溝の1つに配置された他の物体とすることができる。コリメ
ータアレイ(410A)を含むアセンフ゛リにおいて、基準は不透明なコリメ
ータレンス゛(414)とすることができる。アライメント中、コンヒ゜ュータ制
御可能フ゜ロセスは、光学素子に対するアセンフ゛リの位置と向き
を識別するために、マシンヒ゛シ゛ョン又は距離測定を使用でき
る。この結果に基づいて、アセンフ゛リが目標位置に移動され
る。
置合わせするための時間を短縮すること。 【解決手段】アセンフ゛リ(210,410A)と光学素子(220,420A)
は、複数のヒ゛ーム経路を光学テ゛ハ゛イスの製造中に位置合わせ
するための基準(212,414,222,424)を有する。光ファイハ゛(1
12)用の機械加工された溝(116)を備える基板(215)を含
むアセンフ゛リにおいて、基準は、カーホ゛ン被覆ファイハ゛(212)又は
溝の1つに配置された他の物体とすることができる。コリメ
ータアレイ(410A)を含むアセンフ゛リにおいて、基準は不透明なコリメ
ータレンス゛(414)とすることができる。アライメント中、コンヒ゜ュータ制
御可能フ゜ロセスは、光学素子に対するアセンフ゛リの位置と向き
を識別するために、マシンヒ゛シ゛ョン又は距離測定を使用でき
る。この結果に基づいて、アセンフ゛リが目標位置に移動され
る。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバアセン
ブリのアライメントに関する。 【０００２】 【従来の技術】導波型グレーティングや光スイッチ等の
平面導波回路は、光信号のルーティングを制御する。こ
の制御、又はルーティングを行うために、入出力光ファ
イバが平面導波回路（ＰＬＣ）に接続される。複数のフ
ァイバのアライメントをとって操作するための便利な方
法は、ファイバアセンブリを使用することである。 【０００３】図１Ａは、４組の光ファイバ１１２として
４つのファイバアセンブリ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０
Ｃ及び１１０Ｄを用いた光スイッチ１００の一例を示
す。４つのファイバアセンブリ１１０Ａ、１１０Ｂ、１
１０Ｃ及び１１０Ｄは、ＰＬＣを形成する光学プレート
１２０に接続される。この例においては、ファイバアセ
ンブリ１１０Ａ及び１１０Ｄが、光学プレート１２０へ
光信号を入力する光ファイバ１１２を含み、ファイバア
センブリ１１０Ｂ及び１１０Ｃが、光学プレート１２０
からの光信号出力を受信する光ファイバ１１２を含む。 【０００４】一般的に、光学プレート１２０は、光導波
路を形成することができる任意の材料から製作され得
る。これらの材料は通常、ターゲット波長に対する光学
損失が低く、光を案内するように伝播方向に直交する方
向に屈折率プロファイルを作ることができる。図１Ａの
例においては、光学プレート１２０は光導波路を形成す
るように不純物を選択的にドーピングした石英シリカ等
の光学材料から作られるが、導波路は半導体レーザー及
びリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）変調器のような
他の構造に形成され得る。 【０００５】光学プレート１２０は具体例として２つの
光導波路群１２２及び１２４を含む。光導波路１２２
は、ファイバアセンブリ１１０Ａ及び１１０Ｃの光ファ
イバ１１２と位置合わせされており、光導波路１２４は
ファイバアセンブリ１１０Ｂ及び１１０Ｄのファイバ１
１２と位置合わせされている。光信号の経路を選択する
スイッチング部１２６は、光導波路１２２及び１２４の
交差部にある。 【０００６】動作中、スイッチング部１２６は個々にオ
ン、オフすることが可能であり、光導波路１２２又は１
２４への光信号入力を、あるスイッチング部１２６にお
いて導波路１２２又は１２４に沿って他の導波路１２２
又は１２４へと反射させたり、或いはその光導波路１２
２又は１２４に沿って全てのスイッチング部１２６を通
過させたりすることができる。一具体例においては、各
スイッチング部１２６は光学プレート１２０中にトレン
チを含み、これを液体で満たすことによりそのスイッチ
ング部１２６を透過的（光学的に透明）にしたり、気泡
で満たすことによりそのスイッチング部１２６を反射性
としたりする。光学プレート１２０の下にある集積回路
（図示せず）により、選択的に特定のスイッチング部１
２６中の液体を加熱して、そのスイッチング部１２６を
ターンオンする気泡を作り出し、そのスイッチング部１
２６を反射性にすることができる。 【０００７】光学スイッチ１００は、適切なスイッチン
グ部１２６を反射性にすることにより、光信号をファイ
バアセンブリ１１０Ａ中の光ファイバ１１２から、例え
ばファイバアセンブリ１１０Ｂ中の任意の光ファイバ１
１２へルーティングすることができる。かわりに、光導
波路１２２に沿ったスイッチング部１２６がいずれも反
射性ではない場合、ファイバアセンブリ１１０Ａ中の光
ファイバ１１２からの光信号は、光学プレート１２０を
通過して反対側のファイバアセンブリ１１０Ｃ中の光フ
ァイバ１１２に入る。 【０００８】光学スイッチ１００が適正に動作するため
には、各ファイバアセンブリ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１
０Ｃ又は１１０Ｄ上の光ファイバ１１２の間隔が、対応
する光導波路１２２又は１２４の入力／出力領域の間隔
と一致していなければならない。更に、最高の性能を得
るためには、光ファイバ１１２は、光導波路１２２又は
１２４、及び他のファイバアセンブリの光ファイバ１１
２と精密に位置合わせされていなければならない。導波
路１２２及び１２４の寸法が、典型的には約１０μｍ又
はそれより小さく、標準的な光ファイバ１２２の直径が
１２５μｍであり、コアの直径が１０μｍであることか
ら、ファイバアセンブリを必要な精度で製作し、アライ
メントをとることは難しい。光ファイバ１２２のコア
は、光信号を搬送し、光信号を対応する導波路へ、又は
導波路から伝達するために位置合わせされなければなら
ない。従って、最高の性能を得るためには、光ファイバ
１１２の間隔及びアライメントは、一般的には１０分の
数ミクロン単位の範囲内で正確でなければならない。 【０００９】図１Ｂはファイバアセンブリ１１０の断面
図を示す。ファイバアセンブリ１１０は、光ファイバ１
１２が設けられるＶ字型の溝１１６を有する基板１１５
を含む。基板１１５は、同じ熱膨張率（ＣＴＥ）を得る
ために概して光学プレートと同じ材料（例えば、石英シ
リカ）から作られるが、シリコン等の他の材料も使用で
きる。 【００１０】基板１１５を精密に加工することにより、
一定の形状と間隔を有するＶ字型溝１１６を作成でき
る。このような機械加工は、例えば、基板１１５にＶ字
型溝１１６を研削し、その後基板１１５を所望の距離分
移動して基板１１５に次のＶ字型溝１１６を研削するス
テップアンドリピート技術を用いることである。装置に
は、研削するために基板１１５を配置し、Ｖ字型溝１１
６の間隔に必要な精度を達成できる精密ステージが含ま
れる。しかしながら、基板１１５の端部１１８を切断す
るような分離機械工程においては、通常、基板１１５を
他の装置上に再配置しなければならず、必要とされるア
ライメント精度より大きいばらつきが、もたらされる。
従って、Ｖ字型溝１１６に対する基板１１５の端部１１
８の位置は、±２５μｍだけ変化する可能性がある。 【００１１】図１Ａに示したような、ファイバアセンブ
リ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ及び１１０Ｄを光学プ
レート１２０と位置決めするための例示的な工程は、粗
アライメント処理と、精密アライメント処理とを含む。
粗アライメント処理は、一部の光が所望の経路を通じて
流れるように充分な精度でファイバアセンブリ１１０
Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ及び１１０Ｄと、光学プレート
１２０とを位置合わせする。精密アライメント処理は、
出力光信号の強度を測定し、スイッチ１００を流れる光
パワーが最大となるようにアセンブリ１２０の位置及び
向きを調節する。精密アライメントは、ファイバアセン
ブリ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ及び１１０Ｄの最適
な位置及び向きを探す、既知の「ヒルクライミング」ア
ルゴリズムを用いてコンピュータ制御され得る。 【００１２】アセンブリ１１０及び光学プレート１２０
の粗アライメントは、光信号が光学スイッチ１００を流
れるように、光ファイバ１１２のコア１１４を光学プレ
ート１２０中のそれぞれの光導波路１２２又は１２４と
位置合わせする。粗アライメントは、最初にファイバア
センブリ１１０及び光学プレート１２０の物理的特徴を
識別して一致させることに依存する。しかしながら、位
置合わせされるべきコア１１４は、光ファイバ１１２の
他の部分から識別不可能であり、正確な組み立てのため
に保護鎧装を除去した光ファイバ１１２は透明であるた
め、マシンビジョン又は人の視覚を用いて、識別するこ
とは難しい。Ｖ字型溝１１６又はそれらの端部等の特徴
も、特に基板１１５が透明である場合には識別が難し
い。基板１１５の端部１１８のように、別個に機械的に
作られ、より容易に識別され得る特徴も、粗アライメン
トに必要な精度を大幅に超えるばらつきを受けやすい。 【００１３】粗アライメントに関して、信頼性の高い基
準となる特徴を識別することが困難であるということ
は、通常、粗アライメントが手動で実施されるというこ
とを意味する。更に、特徴の見かけ上の位置にしか頼ら
ないアライメントでは、精密アライメント処理用の適切
な光パワー伝送を提供できないことも多い。従って、粗
アライメントは、精密アライメント処理のために充分な
光パワー伝送を可能とする構成となるまでファイバアセ
ンブリを系統的にシフト、又は再配向する探索処理を更
に含まなければならない。このような粗アライメント工
程には、１時間又はそれより多い時間を要することもあ
る一方で、コンピュータ制御による精密アライメントは
２〜１０分で完了できるのが一般的である。 【００１４】 【特許文献１】米国特許第６，３２４，３１６号明細書 【特許文献２】米国特許第６，１９５，４７８号明細書 【００１５】 【発明が解決しようとする課題】従って、光学スイッチ
又は他のＰＬＣにおいて、ファイバアセンブリを位置合
わせするために必要な時間を短くすることができる構造
及び技術が、求められている。 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、ファイバアセンブリ及び光学回路を含む光学プレー
トの両方は、光デバイスの製造中にファイバアセンブリ
の粗アライメント用の基準を有する。光ファイバ用の溝
を機械加工で設けた基板を含むファイバアセンブリにお
いて、溝の１つに基準が設けられており、その基準が提
供する基準位置の精度は、光ファイバ位置の精度とほぼ
同じ精度であるようになっている。一実施形態におい
て、ファイバアセンブリの基準は、カーボンをコーティ
ングした光ファイバのような不透明ファイバである。不
透明ファイバの質量中心が、その不透明ファイバを含む
溝の中心を示しており、他の溝に対してその溝が形成さ
れた精度と、他の溝中の光ファイバとの精度を示す。不
透明ファイバのかわりに、溝中に配置可能な均一な直径
又は厚みを持つワイヤ又は皮下注射針のような任意の不
透明な、又は容易に見ることができる構造体を用いるこ
と、或いは溝を不透明材料で満たすこともできる。 【００１７】光学プレートにおいては、フォトリソグラ
フィー処理により光導波路、スイッチング部及び基準を
形成することができる。フォトリソグラフィー処理は、
従来からアライメントマークを使って連続処理において
位置合わせするため、このような処理は、基準が光導波
路及びスイッチング部の形成前に設けられても形成後に
設けられても、光学プレートに設けた基準に必要とされ
る位置精度を提供できる。 【００１８】本発明の更なる態様によれば、フォトリソ
グラフィー処理により、基板中にファイバアセンブリ用
の溝を形成し、そして基板上の不透明材料領域として基
準を形成することができる。別個のプロセスの精密アラ
イメントに関して一般的にアライメントマークを使わな
い機械的プロセスとは異なり、フォトリソグラフィープ
ロセスは、基準を溝に対して正確に配置することがで
き、これによりこれらの基準をファイバアセンブリと光
学プレートとの位置合わせに使用することが可能とな
る。 【００１９】マシンビジョン、干渉計測定、又は適切な
センサを用いた他のコンピュータ制御可能プロセスは、
アセンブリのアライメント中にファイバアセンブリ及び
光学プレート上の基準の位置及び向きを識別することが
できる。適切なセンサを用いることにより、六つの自由
度全ての座標を両方の部品について識別することができ
る。識別された位置及び向きに基づいて、コンピュータ
制御されたアライメントプロセスによりファイバアセン
ブリが光学プレートに対して動かされ、デバイス中に確
実に光が流れる位置に粗く位置決めされる。これは上述
した手動による探索技術を用いた場合よりも非常に速
い。その後、精密アライメント処理において「ヒルクラ
イミング」技術を使って最大パワー出力となるようにフ
ァイバアセンブリを配置することができる。 【００２０】本発明の特定の一実施形態は、光デバイス
を作成するためのプロセスである。このプロセスは、複
数の光ファイバ及び第一の基準を基板上に有するファイ
バアセンブリを製作すること、及び第二の基準を有する
光学プレートを製作することを含む。第一の基準は、光
ファイバを収容できる溝と実質的に同じである溝に設け
られたカーボン被覆ファイバのような不透明な物体とす
ることができる。代案として、光ファイバと光導波路の
それぞれに対して第一及び第二の基準を配置するために
必要な精度を提供するフォトリソグラフィープロセスを
用いて、第一及び／又は第二の基準を形成することもで
きる。 【００２１】ファイバアセンブリ及び光学プレートをこ
のように製作した後、プロセスは、第一及び第二の基準
の位置を識別し、第一及び第二の基準が目標相対位置に
到達するまでファイバアセンブリを光学プレートに対し
て移動させることを更に含む。目標相対位置は、ファイ
バアセンブリ及び光学プレートの粗アライメントを提供
する。プロセスは、ファイバアセンブリ及び光学プレー
トを流れる光パワーを測定し、ファイバアセンブリ及び
光学プレートの相対位置が光パワーを最大にするように
調節される、精密アライメントを更に含むことができ
る。 【００２２】第一及び第二の基準の位置を識別すること
は、ファイバアセンブリ及び光学プレートの画像にコン
ピュータビジョンを適用して、目標相対位置に到達する
ために必要なファイバアセンブリ及び／又は光学プレー
トの相対移動を計算することにより実施され得る。代案
として、干渉計のような測定装置により、角度情報のた
めに第一及び第二の基準、及び基準端部までの距離を測
定することもできる。目標相対位置に到達するために必
要なファイバアセンブリと光学プレートの相対移動は、
測定値から計算され得る。 【００２３】本発明の他の実施形態は、ファイバアセン
ブリ又は光学スイッチ等の光デバイスである。一般的に
デバイスは、その表面に溝を形成した基板を含む。光フ
ァイバは、基板の表面上の一組の溝中にあり、不透明な
基準は光を導くための光ファイバを収容していない溝中
にある。基準は、カーボン被覆ファイバのような、不透
明な円柱状の物体とすることができる。光学スイッチの
実施形態に関して、デバイスは基板を取り付ける光学プ
レートを更に含む。光学プレートは、それぞれ光ファイ
バと位置合わせされた光導波路を含む光回路を包含す
る。対照的に、不透明な基準は、光学プレートの光信号
用に機能する光導波路ではない部分と位置合わせされ
る。 【００２４】異なる図面において、同じ参照番号を使用
することにより、類似又は同一の要素が示される。 【００２５】 【発明の実施の形態】本発明の一態様によれば、ファイ
バアセンブリ及び光学素子は、光デバイスの組立中に粗
アライメントプロセスが使用する基準を有する。図２Ａ
は、本発明の一実施形態による光学スイッチの略平面図
を示す。光学スイッチ２００は４つの光学アセンブリ２
１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ及び２１０Ｄと、平面導波
回路（ＰＬＣ）を含む光学プレート２２０とを含む。光
学アセンブリ２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ及び２１０
Ｄの各々は、複数の光ファイバ１１２と１つの基準２１
２を含む。 【００２６】光学プレート２２０は、スイッチング部１
２６で交差する２組の光導波路１２２及び１２４を含
み、これらは従来の設計とすることができる。この光学
プレート２２０が既知の光学プレートと異なっている点
は、主として、光スイッチ２００の制作中にファイバア
センブリ２１０Ａ〜２１０Ｄの粗アライメントにおいて
使用するための基準２２２が付加されていることであ
る。基準２２２は通常、スイッチング部１２６に対して
精密なアライメントでもってパターニングされ得る工程
を用いて金属、フォトレジスト、又は半導体等の不透明
材料から作成された領域、或いは反射する、回折する、
又は基準２２２の可視性を高めたエッチ領域である。 【００２７】本発明の例示的な実施形態において、光学
プレート２２０は、石英シリカ又は他の光学特性材料か
らなるプレートであり、これはスイッチング部１２６に
おいて導波路及びトレンチを形成するために処理され
る。導波路１２２及び１２４を形成するための従来の製
造工程の１つは、下部クラッディング用に適した基板を
設ける、或いは見つけることから始まる。下部クラッデ
ィング上にはクラッディングよりもわずかに高い屈折率
を持つコア材料が堆積され、その後フォトレジストを使
用してパターニング及びエッチングされてビーム経路、
又は導波路１２２及び１２４が形成される。その後、上
部クラッディングが導波路１２２及び１２４上に堆積さ
れ、これにより伝播方向に対して直交する全ての方向に
屈折率の段が設けられ、光信号が導波路１２２及び１２
４を伝わるようになっている。このように光は導波路中
に留まる。その後、エッチングにより光学プレート１２
０において光導波路１２２と光導波路１２４との交差部
にトレンチが形成される。光学スイッチを形成するため
の技術に関する更なる説明は、例えば、Fouquet等によ
る「Fabrication of a Total Internal Reflection Opt
ical Switch with Vertical Fluid Fill-Holes」と題さ
れた特許文献１、及びJ.Fouquetによる「Planar Lightw
ave Circuit-Based Optical Switches Using Micromirr
ors in Trenches」と題された特許文献２に見出され得
る。 【００２８】光学プレート２２０を製作する場合、集積
回路の製造において良く知られているような従来のフォ
トリソグラフィー技術により、光導波路１２２及び１２
４の位置と、スイッチング部１２６を形成するために除
去される光学プレート２２０部の部分を精密に画定でき
る。このような処理においては、処理のために光学プレ
ート２２０を配置して配向する際に光学プレート２２０
上のアライメントマークを使用することが一般的であ
る。本発明の一態様によれば、フォトリソグラフィーの
アライメントのために形成され使用されたアライメント
マークを、ファイバアセンブリ２１０Ａ〜２１０Ｄと光
学プレート２１０との粗アライメントのために基準２２
２として使用することもできる。代案として、基準２２
２は、ファイバアセンブリ２１０Ａ〜２１０Ｄとのアラ
イメントのために特別に形成されても良い。 【００２９】図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明の代替の実施
形態による光学アセンブリ２１０及び２１０’のそれぞ
れの断面図を示す。光学アセンブリ２１０及び２１０’
は、これらの光学アセンブリ２１０、２１０’における
光ファイバ１１２と基準２１２の位置が、光学アセンブ
リ２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ及び２１０Ｄの任意の
特定の１つにおいて対応する構造の位置に必ずしも一致
しないという点で、光学アセンブリ２１０Ａ、２１０
Ｂ、２１０Ｃ及び２１０Ｄの一般的なバージョンであ
る。ファイバアセンブリ２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ
及び２１０Ｄは、光学プレート２２０上の光導波路１２
２又は１２４、或いは基準マーク２２２との位置合わせ
するための必要に応じて異なることができる。特に、左
側にあるアセンブリと右側にあるアセンブリは、光学プ
レート２２０の異なる側に取り付けることができる。 【００３０】図２Ｂは、基板２１５の溝１１６中に基準
２１２が存在するファイバアセンブリ２１０の実施形態
を示す。基板２１５は、光学プレート２２０への取り付
け及び光ファイバ１１２の保持に適した任意の材料から
作成され得る。本発明の例示的な実施形態において、基
板２１５及び光学プレート２２０は、同じ材料（例え
ば、石英シリカ）から作成されるが、代案として基板２
１５は、半導体又はセラミック基板とすることもでき
る。 【００３１】溝１１６は、厳密に制御された間隔（例え
ば、約±１μｍの許容誤差の範囲内で）でもって基板２
１５に機械加工され得る。溝１１６は、光ファイバ１１
２を適正な位置に良好に保持するためにＶ字型の溝であ
るのが好ましい。このような溝は、精密な鋸引き装置又
は研削装置を用いて形成され得る。通常、鋸引き又は研
削等の機械工程用の装置は、アライメントマークを利用
したり、或いは信頼できる所望の精度の位置を有する基
準２１２を形成したりできない。 【００３２】本発明の一態様によれば、基準２１２は、
精密に間隔をおいて配置された溝の１つに配置され得
る。図２Ｂは、基準２１２が溝１１６の１つに入れられ
た、不透明な円筒形の物体である、本発明の実施形態を
示す。不変の基準位置を提供するために、円筒形物体の
直径は極めて均一でなければならず（例えば、この物体
の長さに沿った直径の変化が±１μｍ未満）、溝１１６
にこの物体が良好に適合するように、光ファイバ１２４
とも概ね同じでなければならない。適切な円筒形物体の
幾つかの例には、不透明ファイバ、精密針、ワイヤ等が
含まれる。 【００３３】本発明の好適な実施形態において、基準２
１２はカーボン被覆光ファイバである。カーボン被覆フ
ァイバは当該技術分野で良く知られており、Sumitomo E
lectric Lightwave Corp.、Fujikura America，Inc．又
はCorning，Inc．等の業者から市販されている。カーボ
ン被覆ファイバは、他の標準的な光ファイバと同様の１
２５μｍ±１μｍという精密に制御された直径と、光フ
ァイバ１１２と同じ熱的・機械的特性（例えば、同じ熱
膨張率）を持つものが望ましい。また、カーボン被覆フ
ァイバは、基板２１５に使用され得る多くの材料との高
いコントラストを提供する。特に、カーボン被覆ファイ
バは、基板２１５が透明である場合に高いコントラスト
を提供する。更に、基板が透明であっても不透明であっ
ても、不透明コーティングは干渉計タイプのセンサでも
って検出され得る。 【００３４】図２Ｃは、基板２１５上の可視領域である
基準２１２’を有する代替のファイバアセンブリ２１
０’を示す。可視領域２１２’は、約±１μｍの精度で
ある溝２１６に関連した位置を有する。可視領域２１
２’を形成するためのフォトリソグラフィー処理及びパ
ターニングは、所望の精度を達成できる。一般的にシリ
コン基板２１５の結晶構造はＶ字型溝２１６のエッチン
グを容易にするので、このようなフォトリソグラフィー
処理は、基板２１５にシリコンを使用する。 【００３５】粗アライメント処理は、光学プレート２２
０への取り付けのために基準２１２及び２２２を使用し
てファイバアセンブリ２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ及
び２１０Ｄを配置する。粗アライメントは、まず、ファ
イバアセンブリ２１０上の基準２１２及び２２２の位置
を識別することから始まり、これは手動、又はコンピュ
ータ制御処理により実施され得る。 【００３６】手動処理の場合、基準２１２及び２２２は
視覚的コントラストを提供し、所望の粗アライメントを
提供するために整合させなければならない特徴の識別を
容易にする。特に、ファイバアセンブリ２１０を光学プ
レート２２０と位置合わせする者は、基準２１２及び２
２２が他の何らかのターゲット構造に整列又は達するま
でファイバアセンブリを移動させることができる。基準
２１２及び２２２は正確な位置を有し、容易に識別可能
であるので、基準２１２及び２２２を位置合わせするこ
とにより、精密アライメント処理のために充分な光パワ
ーを伝送する構成が確実に提供され、更なる探索処理は
一般に、必要とされない。 【００３７】あるコンピュータ制御処理の場合、光学プ
レート２２０又はファイバアセンブリ２１０のいずれか
一方が、精密ステージに搭載された状態で、他方が固定
される。ファイバアセンブリ２１０及び光学プレート２
２０の画像が取得されてデジタル化され、従来のコンピ
ュータビジョンソフトウエアにより画像中の基準２１２
及び２２２が識別され、これがファイバアセンブリ２１
０及び光学プレート２２０の空間座標と相関される。光
ファイバ等の特徴を識別することが難しい従来のファイ
バアセンブリ及び光学プレートと異なり、基準２１２及
び２２２が高い画像コントラストを提供することによ
り、コンピュータビジョン使用時の信頼性が高くなる。
こうして、コンピュータは光学プレート２２０とファイ
バアセンブリ２１０の相対的な位置及び向きを判定する
ことができ、光学プレート２２０又はファイバアセンブ
リ２１０を判定した位置から所望の粗アライメントを提
供する目標位置まで移動させるように精密ステージに命
令する。目標位置は基準２１２及び２２２の位置に依存
し、簡単な方法で計算され得る。 【００３８】代替のコンピュータ制御による粗アライメ
ント処理は、Keyence，Inc.等から販売されている干渉
計システムを使用する。干渉計を使用する場合、ファイ
バアセンブリ２１０及び光学プレート２２０の表面の外
形を測定することができる。基準２１２及び２２２は不
透明であるため、基準２１２及び２２２のポイントまで
の距離を正確に測定することができ、周囲の背景から目
立たせることができる。ファイバアセンブリ２１０及び
光学プレート２２０の位置（ｘ、ｙ、ｚ）及び角度的向
き（ピッチ、偏揺れ（yaw）及び回転(roll)）の計算に
は、基準２１２及び２２２上の複数のポイントを使用す
ることができる。その後、基準２１２及び２２２がこれ
らの目標相対位置を有するまで、ファイバアセンブリ２
１０を光学プレート２２０に対して移動させることがで
きる。 【００３９】図３は、基準用の特定パターンの一例とし
て、基準２２２用の１つの可能なパターンを持つ光学プ
レート２２０部分の近傍にあるファイバアセンブリ２１
０を示す。図示された実施形態において、基準２２２
は、コンピュータビジョンが容易に識別することができ
る円形形状３１０を含む。更に、矩形領域３２０は、人
の目により容易に識別することができる基準２１２の方
向及び位置を画定する。図３の実施形態において、２つ
の基準２１２がアセンブリ２１０の両端部に設けられて
おり、粗アライメントを達成する目標位置は、矩形領域
３２０間のギャップと位置合わせされた基準２１２を有
する。 【００４０】基準としては、実質的に制限のない、他の
様々な構成が可能である。具体的には、基準２１２はい
くつあっても、ファイバアセンブリ２１０上のどこに設
けられていても良い。基準２１２を溝中に設ける場合、
光ファイバに使用されない任意の溝が、基準２１２を収
容するために利用できる。更に、基準２１２及び２２２
の目標位置は、図３に示したように一線上に並んだ形で
はなく、互いからオフセットした基準２１２及び２２２
を有しても良い。 【００４１】本発明の実施形態は、光ファイバの１次元
アレイを含む光学システムに限定されない。図４は、ミ
ラーアレイ４２０Ａ及び４２０Ｂと位置合わせされた二
次元コリメータアレイ４１０Ａ及び４１０Ｂを含む微小
電子機械（ＭＥＭ）４００である、本発明の実施形態の
斜視図である。従来のコリメータアレイは、透明である
ために精密な位置合わせが難しいコリメータレンズのア
レイを含む。動作中、コリメータアレイ４１０Ａ又は４
１０Ｂ中のコリメータ４１２は、光ファイバからの入力
光信号を受信する。コリメータ４１２は、光信号をミラ
ーアレイ４２０Ａ又は４２０Ｂ中のそれぞれのマイクロ
ミラー上へと収束する。ミラーアレイ１２０Ａ又は１２
０Ｂ中の各マイクロミラーの角度は、受信した光信号を
ミラーアレイ１２０Ｂ又は１２０Ａ中の任意のミラーに
対して反射することができるように２つの軸を中心に調
節することが可能であり、反射信号を受信するミラー
は、その受信ミラーに対応するコリメータ４１２へと反
射光信号を向けることができるように調節可能である。 【００４２】コリメータアレイ４１０Ａ及び４１０Ｂと
ミラーアレイ４２０Ａ及び４２０Ｂ上にある基準４１４
及び４２４は、コリメータアレイ４１０Ａ及び４１０Ｂ
をミラーアレイ４２０Ａ及び４２０Ｂと位置合わせする
ことを助ける。本発明の一態様によれば、コリメータア
レイ４１０Ａ及び４１０Ｂ、又はミラーアレイ４２０Ａ
及び４２０Ｂを形成するために用いられるフォトリソグ
ラフィー等の位置合わせされた処理により、基準４１４
及び４２４は、アライメント処理に必要な位置精度を有
する可視領域として形成され得る。代案として、コリメ
ータアレイ４１０Ａ又は４１０Ｂ中の機械的組立て構造
をより可視性の高い構造に置き換えて、アライメント処
理中に基準４１４及び４２４の役割を果たすこともでき
る。例えば、コリメータアレイの機械的組立工程におい
てコリメータレンズの１つを不透明レンズに代えること
ができる。こうして、不透明レンズは、コリメータレン
ズと同じ精度の正確性を持つ基準としての役割を果たす
ことができる。 【００４３】本発明は、特定の実施形態に関連して説明
されたが、この説明は本発明の用途の例にしか過ぎず、
制限として捉えられるべきではない。具体的には、上述
の実施形態は、光学アセンブリを、平面導波回路又はＭ
ＥＭデバイス等の特定の光学素子と位置合わせすること
について説明したが、本発明によるアライメント処理
は、光学アセンブリを、グレーティング、液晶、他の光
学アセンブリ、又は複数の光信号の操作のために精密な
アライメントを必要とする任意の光学素子等の他の光学
素子と位置合わせする際に、基準を使用できる。他の様
々な適用、及び開示された実施形態の特徴の組み合わせ
も、特許請求の範囲によって定義されるような本発明の
範囲内にある。 【００４４】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。 １．光デバイスの製造プロセスであって、第一の基準
（212、212’、414）と複数の光学経路（112、412）と
を含む光学アセンブリ（210、210’、410A）を製作する
ステップと、第二の基準（222、424）を有する光学素子
（220、420A）を製作するステップと、及び前記第一及
び第二の基準が目標相対位置を有するまで前記光学アセ
ンブリを前記光学素子に対して移動させるステップとか
らなり、前記目標相対位置が前記光学アセンブリを前記
光学素子と位置合わせするために計算されている、光デ
バイスの製造プロセス。 ２．前記光学アセンブリを製作するステップが、複数の
光ファイバ（112）を基板（215）上に機械的に取り付け
るステップを含み、前記光ファイバが前記複数の光学経
路を提供する、上記１に記載のプロセス。 ３．前記第一の基準が、前記アセンブリ上に機械的に取
り付けられた不透明ファイバ（212）である、上記１又
は２に記載のプロセス。 ４．前記光学アセンブリを製作するステップが、基板
（215）に複数の溝（116）を形成するために前記基板を
エッチングするステップと、前記溝中に光ファイバ（11
2）を取り付けるステップと、及び前記基板上に前記第
一の基準（212’）を含むパターンを形成するステップ
とを含み、前記エッチング及び形成するプロセスが、相
互に位置合わせされている、上記１又は２に記載のプロ
セス。 ５．前記光学アセンブリが、コリメータレンズのアレイ
（410A）からなる、上記１又は２に記載のプロセス。 ６．前記光学素子が複数の光学経路を含み、前記目標相
対位置が、前記光学アセンブリ中の光学経路のそれぞれ
を前記光学素子中の光学経路のそれぞれと位置合わせす
る、上記１〜５のいずれかに記載のプロセス。 ７．光デバイスであって、第一の基準（212、414）及び
複数の光学経路（112、412）を含む光学アセンブリ（21
0、410A）と、及び第二の基準（222、424）を有する光
学素子（220、420A）とを含み、前記第一及び第二の基
準は、前記光学アセンブリの光学経路が前記光学素子中
のそれぞれの光学経路（122、124）と位置合わせされる
目標相対位置を有する、光デバイス。 ８．前記光学アセンブリが、基板上に光ファイバを含む
ファイバアセンブリを含み、前記光ファイバが前記光学
経路を提供する、上記７に記載の光デバイス。 ９．前記第一の基準が不透明ファイバからなる、上記７
又は８に記載の光デバイス。 １０．前記光学素子が、グレーティング、平面導波回
路、液晶、及び微小電子機械デバイスから成るグループ
から選択された素子からなる、上記７又は８に記載の光
デバイス。 【００４５】 【発明の効果】本発明により、光学スイッチ又は他のＰ
ＬＣにおいてファイバアセンブリを位置合わせするため
の時間を短縮することが可能となる。
ブリのアライメントに関する。 【０００２】 【従来の技術】導波型グレーティングや光スイッチ等の
平面導波回路は、光信号のルーティングを制御する。こ
の制御、又はルーティングを行うために、入出力光ファ
イバが平面導波回路（ＰＬＣ）に接続される。複数のフ
ァイバのアライメントをとって操作するための便利な方
法は、ファイバアセンブリを使用することである。 【０００３】図１Ａは、４組の光ファイバ１１２として
４つのファイバアセンブリ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０
Ｃ及び１１０Ｄを用いた光スイッチ１００の一例を示
す。４つのファイバアセンブリ１１０Ａ、１１０Ｂ、１
１０Ｃ及び１１０Ｄは、ＰＬＣを形成する光学プレート
１２０に接続される。この例においては、ファイバアセ
ンブリ１１０Ａ及び１１０Ｄが、光学プレート１２０へ
光信号を入力する光ファイバ１１２を含み、ファイバア
センブリ１１０Ｂ及び１１０Ｃが、光学プレート１２０
からの光信号出力を受信する光ファイバ１１２を含む。 【０００４】一般的に、光学プレート１２０は、光導波
路を形成することができる任意の材料から製作され得
る。これらの材料は通常、ターゲット波長に対する光学
損失が低く、光を案内するように伝播方向に直交する方
向に屈折率プロファイルを作ることができる。図１Ａの
例においては、光学プレート１２０は光導波路を形成す
るように不純物を選択的にドーピングした石英シリカ等
の光学材料から作られるが、導波路は半導体レーザー及
びリチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）変調器のような
他の構造に形成され得る。 【０００５】光学プレート１２０は具体例として２つの
光導波路群１２２及び１２４を含む。光導波路１２２
は、ファイバアセンブリ１１０Ａ及び１１０Ｃの光ファ
イバ１１２と位置合わせされており、光導波路１２４は
ファイバアセンブリ１１０Ｂ及び１１０Ｄのファイバ１
１２と位置合わせされている。光信号の経路を選択する
スイッチング部１２６は、光導波路１２２及び１２４の
交差部にある。 【０００６】動作中、スイッチング部１２６は個々にオ
ン、オフすることが可能であり、光導波路１２２又は１
２４への光信号入力を、あるスイッチング部１２６にお
いて導波路１２２又は１２４に沿って他の導波路１２２
又は１２４へと反射させたり、或いはその光導波路１２
２又は１２４に沿って全てのスイッチング部１２６を通
過させたりすることができる。一具体例においては、各
スイッチング部１２６は光学プレート１２０中にトレン
チを含み、これを液体で満たすことによりそのスイッチ
ング部１２６を透過的（光学的に透明）にしたり、気泡
で満たすことによりそのスイッチング部１２６を反射性
としたりする。光学プレート１２０の下にある集積回路
（図示せず）により、選択的に特定のスイッチング部１
２６中の液体を加熱して、そのスイッチング部１２６を
ターンオンする気泡を作り出し、そのスイッチング部１
２６を反射性にすることができる。 【０００７】光学スイッチ１００は、適切なスイッチン
グ部１２６を反射性にすることにより、光信号をファイ
バアセンブリ１１０Ａ中の光ファイバ１１２から、例え
ばファイバアセンブリ１１０Ｂ中の任意の光ファイバ１
１２へルーティングすることができる。かわりに、光導
波路１２２に沿ったスイッチング部１２６がいずれも反
射性ではない場合、ファイバアセンブリ１１０Ａ中の光
ファイバ１１２からの光信号は、光学プレート１２０を
通過して反対側のファイバアセンブリ１１０Ｃ中の光フ
ァイバ１１２に入る。 【０００８】光学スイッチ１００が適正に動作するため
には、各ファイバアセンブリ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１
０Ｃ又は１１０Ｄ上の光ファイバ１１２の間隔が、対応
する光導波路１２２又は１２４の入力／出力領域の間隔
と一致していなければならない。更に、最高の性能を得
るためには、光ファイバ１１２は、光導波路１２２又は
１２４、及び他のファイバアセンブリの光ファイバ１１
２と精密に位置合わせされていなければならない。導波
路１２２及び１２４の寸法が、典型的には約１０μｍ又
はそれより小さく、標準的な光ファイバ１２２の直径が
１２５μｍであり、コアの直径が１０μｍであることか
ら、ファイバアセンブリを必要な精度で製作し、アライ
メントをとることは難しい。光ファイバ１２２のコア
は、光信号を搬送し、光信号を対応する導波路へ、又は
導波路から伝達するために位置合わせされなければなら
ない。従って、最高の性能を得るためには、光ファイバ
１１２の間隔及びアライメントは、一般的には１０分の
数ミクロン単位の範囲内で正確でなければならない。 【０００９】図１Ｂはファイバアセンブリ１１０の断面
図を示す。ファイバアセンブリ１１０は、光ファイバ１
１２が設けられるＶ字型の溝１１６を有する基板１１５
を含む。基板１１５は、同じ熱膨張率（ＣＴＥ）を得る
ために概して光学プレートと同じ材料（例えば、石英シ
リカ）から作られるが、シリコン等の他の材料も使用で
きる。 【００１０】基板１１５を精密に加工することにより、
一定の形状と間隔を有するＶ字型溝１１６を作成でき
る。このような機械加工は、例えば、基板１１５にＶ字
型溝１１６を研削し、その後基板１１５を所望の距離分
移動して基板１１５に次のＶ字型溝１１６を研削するス
テップアンドリピート技術を用いることである。装置に
は、研削するために基板１１５を配置し、Ｖ字型溝１１
６の間隔に必要な精度を達成できる精密ステージが含ま
れる。しかしながら、基板１１５の端部１１８を切断す
るような分離機械工程においては、通常、基板１１５を
他の装置上に再配置しなければならず、必要とされるア
ライメント精度より大きいばらつきが、もたらされる。
従って、Ｖ字型溝１１６に対する基板１１５の端部１１
８の位置は、±２５μｍだけ変化する可能性がある。 【００１１】図１Ａに示したような、ファイバアセンブ
リ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ及び１１０Ｄを光学プ
レート１２０と位置決めするための例示的な工程は、粗
アライメント処理と、精密アライメント処理とを含む。
粗アライメント処理は、一部の光が所望の経路を通じて
流れるように充分な精度でファイバアセンブリ１１０
Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ及び１１０Ｄと、光学プレート
１２０とを位置合わせする。精密アライメント処理は、
出力光信号の強度を測定し、スイッチ１００を流れる光
パワーが最大となるようにアセンブリ１２０の位置及び
向きを調節する。精密アライメントは、ファイバアセン
ブリ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ及び１１０Ｄの最適
な位置及び向きを探す、既知の「ヒルクライミング」ア
ルゴリズムを用いてコンピュータ制御され得る。 【００１２】アセンブリ１１０及び光学プレート１２０
の粗アライメントは、光信号が光学スイッチ１００を流
れるように、光ファイバ１１２のコア１１４を光学プレ
ート１２０中のそれぞれの光導波路１２２又は１２４と
位置合わせする。粗アライメントは、最初にファイバア
センブリ１１０及び光学プレート１２０の物理的特徴を
識別して一致させることに依存する。しかしながら、位
置合わせされるべきコア１１４は、光ファイバ１１２の
他の部分から識別不可能であり、正確な組み立てのため
に保護鎧装を除去した光ファイバ１１２は透明であるた
め、マシンビジョン又は人の視覚を用いて、識別するこ
とは難しい。Ｖ字型溝１１６又はそれらの端部等の特徴
も、特に基板１１５が透明である場合には識別が難し
い。基板１１５の端部１１８のように、別個に機械的に
作られ、より容易に識別され得る特徴も、粗アライメン
トに必要な精度を大幅に超えるばらつきを受けやすい。 【００１３】粗アライメントに関して、信頼性の高い基
準となる特徴を識別することが困難であるということ
は、通常、粗アライメントが手動で実施されるというこ
とを意味する。更に、特徴の見かけ上の位置にしか頼ら
ないアライメントでは、精密アライメント処理用の適切
な光パワー伝送を提供できないことも多い。従って、粗
アライメントは、精密アライメント処理のために充分な
光パワー伝送を可能とする構成となるまでファイバアセ
ンブリを系統的にシフト、又は再配向する探索処理を更
に含まなければならない。このような粗アライメント工
程には、１時間又はそれより多い時間を要することもあ
る一方で、コンピュータ制御による精密アライメントは
２〜１０分で完了できるのが一般的である。 【００１４】 【特許文献１】米国特許第６，３２４，３１６号明細書 【特許文献２】米国特許第６，１９５，４７８号明細書 【００１５】 【発明が解決しようとする課題】従って、光学スイッチ
又は他のＰＬＣにおいて、ファイバアセンブリを位置合
わせするために必要な時間を短くすることができる構造
及び技術が、求められている。 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、ファイバアセンブリ及び光学回路を含む光学プレー
トの両方は、光デバイスの製造中にファイバアセンブリ
の粗アライメント用の基準を有する。光ファイバ用の溝
を機械加工で設けた基板を含むファイバアセンブリにお
いて、溝の１つに基準が設けられており、その基準が提
供する基準位置の精度は、光ファイバ位置の精度とほぼ
同じ精度であるようになっている。一実施形態におい
て、ファイバアセンブリの基準は、カーボンをコーティ
ングした光ファイバのような不透明ファイバである。不
透明ファイバの質量中心が、その不透明ファイバを含む
溝の中心を示しており、他の溝に対してその溝が形成さ
れた精度と、他の溝中の光ファイバとの精度を示す。不
透明ファイバのかわりに、溝中に配置可能な均一な直径
又は厚みを持つワイヤ又は皮下注射針のような任意の不
透明な、又は容易に見ることができる構造体を用いるこ
と、或いは溝を不透明材料で満たすこともできる。 【００１７】光学プレートにおいては、フォトリソグラ
フィー処理により光導波路、スイッチング部及び基準を
形成することができる。フォトリソグラフィー処理は、
従来からアライメントマークを使って連続処理において
位置合わせするため、このような処理は、基準が光導波
路及びスイッチング部の形成前に設けられても形成後に
設けられても、光学プレートに設けた基準に必要とされ
る位置精度を提供できる。 【００１８】本発明の更なる態様によれば、フォトリソ
グラフィー処理により、基板中にファイバアセンブリ用
の溝を形成し、そして基板上の不透明材料領域として基
準を形成することができる。別個のプロセスの精密アラ
イメントに関して一般的にアライメントマークを使わな
い機械的プロセスとは異なり、フォトリソグラフィープ
ロセスは、基準を溝に対して正確に配置することがで
き、これによりこれらの基準をファイバアセンブリと光
学プレートとの位置合わせに使用することが可能とな
る。 【００１９】マシンビジョン、干渉計測定、又は適切な
センサを用いた他のコンピュータ制御可能プロセスは、
アセンブリのアライメント中にファイバアセンブリ及び
光学プレート上の基準の位置及び向きを識別することが
できる。適切なセンサを用いることにより、六つの自由
度全ての座標を両方の部品について識別することができ
る。識別された位置及び向きに基づいて、コンピュータ
制御されたアライメントプロセスによりファイバアセン
ブリが光学プレートに対して動かされ、デバイス中に確
実に光が流れる位置に粗く位置決めされる。これは上述
した手動による探索技術を用いた場合よりも非常に速
い。その後、精密アライメント処理において「ヒルクラ
イミング」技術を使って最大パワー出力となるようにフ
ァイバアセンブリを配置することができる。 【００２０】本発明の特定の一実施形態は、光デバイス
を作成するためのプロセスである。このプロセスは、複
数の光ファイバ及び第一の基準を基板上に有するファイ
バアセンブリを製作すること、及び第二の基準を有する
光学プレートを製作することを含む。第一の基準は、光
ファイバを収容できる溝と実質的に同じである溝に設け
られたカーボン被覆ファイバのような不透明な物体とす
ることができる。代案として、光ファイバと光導波路の
それぞれに対して第一及び第二の基準を配置するために
必要な精度を提供するフォトリソグラフィープロセスを
用いて、第一及び／又は第二の基準を形成することもで
きる。 【００２１】ファイバアセンブリ及び光学プレートをこ
のように製作した後、プロセスは、第一及び第二の基準
の位置を識別し、第一及び第二の基準が目標相対位置に
到達するまでファイバアセンブリを光学プレートに対し
て移動させることを更に含む。目標相対位置は、ファイ
バアセンブリ及び光学プレートの粗アライメントを提供
する。プロセスは、ファイバアセンブリ及び光学プレー
トを流れる光パワーを測定し、ファイバアセンブリ及び
光学プレートの相対位置が光パワーを最大にするように
調節される、精密アライメントを更に含むことができ
る。 【００２２】第一及び第二の基準の位置を識別すること
は、ファイバアセンブリ及び光学プレートの画像にコン
ピュータビジョンを適用して、目標相対位置に到達する
ために必要なファイバアセンブリ及び／又は光学プレー
トの相対移動を計算することにより実施され得る。代案
として、干渉計のような測定装置により、角度情報のた
めに第一及び第二の基準、及び基準端部までの距離を測
定することもできる。目標相対位置に到達するために必
要なファイバアセンブリと光学プレートの相対移動は、
測定値から計算され得る。 【００２３】本発明の他の実施形態は、ファイバアセン
ブリ又は光学スイッチ等の光デバイスである。一般的に
デバイスは、その表面に溝を形成した基板を含む。光フ
ァイバは、基板の表面上の一組の溝中にあり、不透明な
基準は光を導くための光ファイバを収容していない溝中
にある。基準は、カーボン被覆ファイバのような、不透
明な円柱状の物体とすることができる。光学スイッチの
実施形態に関して、デバイスは基板を取り付ける光学プ
レートを更に含む。光学プレートは、それぞれ光ファイ
バと位置合わせされた光導波路を含む光回路を包含す
る。対照的に、不透明な基準は、光学プレートの光信号
用に機能する光導波路ではない部分と位置合わせされ
る。 【００２４】異なる図面において、同じ参照番号を使用
することにより、類似又は同一の要素が示される。 【００２５】 【発明の実施の形態】本発明の一態様によれば、ファイ
バアセンブリ及び光学素子は、光デバイスの組立中に粗
アライメントプロセスが使用する基準を有する。図２Ａ
は、本発明の一実施形態による光学スイッチの略平面図
を示す。光学スイッチ２００は４つの光学アセンブリ２
１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ及び２１０Ｄと、平面導波
回路（ＰＬＣ）を含む光学プレート２２０とを含む。光
学アセンブリ２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ及び２１０
Ｄの各々は、複数の光ファイバ１１２と１つの基準２１
２を含む。 【００２６】光学プレート２２０は、スイッチング部１
２６で交差する２組の光導波路１２２及び１２４を含
み、これらは従来の設計とすることができる。この光学
プレート２２０が既知の光学プレートと異なっている点
は、主として、光スイッチ２００の制作中にファイバア
センブリ２１０Ａ〜２１０Ｄの粗アライメントにおいて
使用するための基準２２２が付加されていることであ
る。基準２２２は通常、スイッチング部１２６に対して
精密なアライメントでもってパターニングされ得る工程
を用いて金属、フォトレジスト、又は半導体等の不透明
材料から作成された領域、或いは反射する、回折する、
又は基準２２２の可視性を高めたエッチ領域である。 【００２７】本発明の例示的な実施形態において、光学
プレート２２０は、石英シリカ又は他の光学特性材料か
らなるプレートであり、これはスイッチング部１２６に
おいて導波路及びトレンチを形成するために処理され
る。導波路１２２及び１２４を形成するための従来の製
造工程の１つは、下部クラッディング用に適した基板を
設ける、或いは見つけることから始まる。下部クラッデ
ィング上にはクラッディングよりもわずかに高い屈折率
を持つコア材料が堆積され、その後フォトレジストを使
用してパターニング及びエッチングされてビーム経路、
又は導波路１２２及び１２４が形成される。その後、上
部クラッディングが導波路１２２及び１２４上に堆積さ
れ、これにより伝播方向に対して直交する全ての方向に
屈折率の段が設けられ、光信号が導波路１２２及び１２
４を伝わるようになっている。このように光は導波路中
に留まる。その後、エッチングにより光学プレート１２
０において光導波路１２２と光導波路１２４との交差部
にトレンチが形成される。光学スイッチを形成するため
の技術に関する更なる説明は、例えば、Fouquet等によ
る「Fabrication of a Total Internal Reflection Opt
ical Switch with Vertical Fluid Fill-Holes」と題さ
れた特許文献１、及びJ.Fouquetによる「Planar Lightw
ave Circuit-Based Optical Switches Using Micromirr
ors in Trenches」と題された特許文献２に見出され得
る。 【００２８】光学プレート２２０を製作する場合、集積
回路の製造において良く知られているような従来のフォ
トリソグラフィー技術により、光導波路１２２及び１２
４の位置と、スイッチング部１２６を形成するために除
去される光学プレート２２０部の部分を精密に画定でき
る。このような処理においては、処理のために光学プレ
ート２２０を配置して配向する際に光学プレート２２０
上のアライメントマークを使用することが一般的であ
る。本発明の一態様によれば、フォトリソグラフィーの
アライメントのために形成され使用されたアライメント
マークを、ファイバアセンブリ２１０Ａ〜２１０Ｄと光
学プレート２１０との粗アライメントのために基準２２
２として使用することもできる。代案として、基準２２
２は、ファイバアセンブリ２１０Ａ〜２１０Ｄとのアラ
イメントのために特別に形成されても良い。 【００２９】図２Ｂ及び図２Ｃは、本発明の代替の実施
形態による光学アセンブリ２１０及び２１０’のそれぞ
れの断面図を示す。光学アセンブリ２１０及び２１０’
は、これらの光学アセンブリ２１０、２１０’における
光ファイバ１１２と基準２１２の位置が、光学アセンブ
リ２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ及び２１０Ｄの任意の
特定の１つにおいて対応する構造の位置に必ずしも一致
しないという点で、光学アセンブリ２１０Ａ、２１０
Ｂ、２１０Ｃ及び２１０Ｄの一般的なバージョンであ
る。ファイバアセンブリ２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ
及び２１０Ｄは、光学プレート２２０上の光導波路１２
２又は１２４、或いは基準マーク２２２との位置合わせ
するための必要に応じて異なることができる。特に、左
側にあるアセンブリと右側にあるアセンブリは、光学プ
レート２２０の異なる側に取り付けることができる。 【００３０】図２Ｂは、基板２１５の溝１１６中に基準
２１２が存在するファイバアセンブリ２１０の実施形態
を示す。基板２１５は、光学プレート２２０への取り付
け及び光ファイバ１１２の保持に適した任意の材料から
作成され得る。本発明の例示的な実施形態において、基
板２１５及び光学プレート２２０は、同じ材料（例え
ば、石英シリカ）から作成されるが、代案として基板２
１５は、半導体又はセラミック基板とすることもでき
る。 【００３１】溝１１６は、厳密に制御された間隔（例え
ば、約±１μｍの許容誤差の範囲内で）でもって基板２
１５に機械加工され得る。溝１１６は、光ファイバ１１
２を適正な位置に良好に保持するためにＶ字型の溝であ
るのが好ましい。このような溝は、精密な鋸引き装置又
は研削装置を用いて形成され得る。通常、鋸引き又は研
削等の機械工程用の装置は、アライメントマークを利用
したり、或いは信頼できる所望の精度の位置を有する基
準２１２を形成したりできない。 【００３２】本発明の一態様によれば、基準２１２は、
精密に間隔をおいて配置された溝の１つに配置され得
る。図２Ｂは、基準２１２が溝１１６の１つに入れられ
た、不透明な円筒形の物体である、本発明の実施形態を
示す。不変の基準位置を提供するために、円筒形物体の
直径は極めて均一でなければならず（例えば、この物体
の長さに沿った直径の変化が±１μｍ未満）、溝１１６
にこの物体が良好に適合するように、光ファイバ１２４
とも概ね同じでなければならない。適切な円筒形物体の
幾つかの例には、不透明ファイバ、精密針、ワイヤ等が
含まれる。 【００３３】本発明の好適な実施形態において、基準２
１２はカーボン被覆光ファイバである。カーボン被覆フ
ァイバは当該技術分野で良く知られており、Sumitomo E
lectric Lightwave Corp.、Fujikura America，Inc．又
はCorning，Inc．等の業者から市販されている。カーボ
ン被覆ファイバは、他の標準的な光ファイバと同様の１
２５μｍ±１μｍという精密に制御された直径と、光フ
ァイバ１１２と同じ熱的・機械的特性（例えば、同じ熱
膨張率）を持つものが望ましい。また、カーボン被覆フ
ァイバは、基板２１５に使用され得る多くの材料との高
いコントラストを提供する。特に、カーボン被覆ファイ
バは、基板２１５が透明である場合に高いコントラスト
を提供する。更に、基板が透明であっても不透明であっ
ても、不透明コーティングは干渉計タイプのセンサでも
って検出され得る。 【００３４】図２Ｃは、基板２１５上の可視領域である
基準２１２’を有する代替のファイバアセンブリ２１
０’を示す。可視領域２１２’は、約±１μｍの精度で
ある溝２１６に関連した位置を有する。可視領域２１
２’を形成するためのフォトリソグラフィー処理及びパ
ターニングは、所望の精度を達成できる。一般的にシリ
コン基板２１５の結晶構造はＶ字型溝２１６のエッチン
グを容易にするので、このようなフォトリソグラフィー
処理は、基板２１５にシリコンを使用する。 【００３５】粗アライメント処理は、光学プレート２２
０への取り付けのために基準２１２及び２２２を使用し
てファイバアセンブリ２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ及
び２１０Ｄを配置する。粗アライメントは、まず、ファ
イバアセンブリ２１０上の基準２１２及び２２２の位置
を識別することから始まり、これは手動、又はコンピュ
ータ制御処理により実施され得る。 【００３６】手動処理の場合、基準２１２及び２２２は
視覚的コントラストを提供し、所望の粗アライメントを
提供するために整合させなければならない特徴の識別を
容易にする。特に、ファイバアセンブリ２１０を光学プ
レート２２０と位置合わせする者は、基準２１２及び２
２２が他の何らかのターゲット構造に整列又は達するま
でファイバアセンブリを移動させることができる。基準
２１２及び２２２は正確な位置を有し、容易に識別可能
であるので、基準２１２及び２２２を位置合わせするこ
とにより、精密アライメント処理のために充分な光パワ
ーを伝送する構成が確実に提供され、更なる探索処理は
一般に、必要とされない。 【００３７】あるコンピュータ制御処理の場合、光学プ
レート２２０又はファイバアセンブリ２１０のいずれか
一方が、精密ステージに搭載された状態で、他方が固定
される。ファイバアセンブリ２１０及び光学プレート２
２０の画像が取得されてデジタル化され、従来のコンピ
ュータビジョンソフトウエアにより画像中の基準２１２
及び２２２が識別され、これがファイバアセンブリ２１
０及び光学プレート２２０の空間座標と相関される。光
ファイバ等の特徴を識別することが難しい従来のファイ
バアセンブリ及び光学プレートと異なり、基準２１２及
び２２２が高い画像コントラストを提供することによ
り、コンピュータビジョン使用時の信頼性が高くなる。
こうして、コンピュータは光学プレート２２０とファイ
バアセンブリ２１０の相対的な位置及び向きを判定する
ことができ、光学プレート２２０又はファイバアセンブ
リ２１０を判定した位置から所望の粗アライメントを提
供する目標位置まで移動させるように精密ステージに命
令する。目標位置は基準２１２及び２２２の位置に依存
し、簡単な方法で計算され得る。 【００３８】代替のコンピュータ制御による粗アライメ
ント処理は、Keyence，Inc.等から販売されている干渉
計システムを使用する。干渉計を使用する場合、ファイ
バアセンブリ２１０及び光学プレート２２０の表面の外
形を測定することができる。基準２１２及び２２２は不
透明であるため、基準２１２及び２２２のポイントまで
の距離を正確に測定することができ、周囲の背景から目
立たせることができる。ファイバアセンブリ２１０及び
光学プレート２２０の位置（ｘ、ｙ、ｚ）及び角度的向
き（ピッチ、偏揺れ（yaw）及び回転(roll)）の計算に
は、基準２１２及び２２２上の複数のポイントを使用す
ることができる。その後、基準２１２及び２２２がこれ
らの目標相対位置を有するまで、ファイバアセンブリ２
１０を光学プレート２２０に対して移動させることがで
きる。 【００３９】図３は、基準用の特定パターンの一例とし
て、基準２２２用の１つの可能なパターンを持つ光学プ
レート２２０部分の近傍にあるファイバアセンブリ２１
０を示す。図示された実施形態において、基準２２２
は、コンピュータビジョンが容易に識別することができ
る円形形状３１０を含む。更に、矩形領域３２０は、人
の目により容易に識別することができる基準２１２の方
向及び位置を画定する。図３の実施形態において、２つ
の基準２１２がアセンブリ２１０の両端部に設けられて
おり、粗アライメントを達成する目標位置は、矩形領域
３２０間のギャップと位置合わせされた基準２１２を有
する。 【００４０】基準としては、実質的に制限のない、他の
様々な構成が可能である。具体的には、基準２１２はい
くつあっても、ファイバアセンブリ２１０上のどこに設
けられていても良い。基準２１２を溝中に設ける場合、
光ファイバに使用されない任意の溝が、基準２１２を収
容するために利用できる。更に、基準２１２及び２２２
の目標位置は、図３に示したように一線上に並んだ形で
はなく、互いからオフセットした基準２１２及び２２２
を有しても良い。 【００４１】本発明の実施形態は、光ファイバの１次元
アレイを含む光学システムに限定されない。図４は、ミ
ラーアレイ４２０Ａ及び４２０Ｂと位置合わせされた二
次元コリメータアレイ４１０Ａ及び４１０Ｂを含む微小
電子機械（ＭＥＭ）４００である、本発明の実施形態の
斜視図である。従来のコリメータアレイは、透明である
ために精密な位置合わせが難しいコリメータレンズのア
レイを含む。動作中、コリメータアレイ４１０Ａ又は４
１０Ｂ中のコリメータ４１２は、光ファイバからの入力
光信号を受信する。コリメータ４１２は、光信号をミラ
ーアレイ４２０Ａ又は４２０Ｂ中のそれぞれのマイクロ
ミラー上へと収束する。ミラーアレイ１２０Ａ又は１２
０Ｂ中の各マイクロミラーの角度は、受信した光信号を
ミラーアレイ１２０Ｂ又は１２０Ａ中の任意のミラーに
対して反射することができるように２つの軸を中心に調
節することが可能であり、反射信号を受信するミラー
は、その受信ミラーに対応するコリメータ４１２へと反
射光信号を向けることができるように調節可能である。 【００４２】コリメータアレイ４１０Ａ及び４１０Ｂと
ミラーアレイ４２０Ａ及び４２０Ｂ上にある基準４１４
及び４２４は、コリメータアレイ４１０Ａ及び４１０Ｂ
をミラーアレイ４２０Ａ及び４２０Ｂと位置合わせする
ことを助ける。本発明の一態様によれば、コリメータア
レイ４１０Ａ及び４１０Ｂ、又はミラーアレイ４２０Ａ
及び４２０Ｂを形成するために用いられるフォトリソグ
ラフィー等の位置合わせされた処理により、基準４１４
及び４２４は、アライメント処理に必要な位置精度を有
する可視領域として形成され得る。代案として、コリメ
ータアレイ４１０Ａ又は４１０Ｂ中の機械的組立て構造
をより可視性の高い構造に置き換えて、アライメント処
理中に基準４１４及び４２４の役割を果たすこともでき
る。例えば、コリメータアレイの機械的組立工程におい
てコリメータレンズの１つを不透明レンズに代えること
ができる。こうして、不透明レンズは、コリメータレン
ズと同じ精度の正確性を持つ基準としての役割を果たす
ことができる。 【００４３】本発明は、特定の実施形態に関連して説明
されたが、この説明は本発明の用途の例にしか過ぎず、
制限として捉えられるべきではない。具体的には、上述
の実施形態は、光学アセンブリを、平面導波回路又はＭ
ＥＭデバイス等の特定の光学素子と位置合わせすること
について説明したが、本発明によるアライメント処理
は、光学アセンブリを、グレーティング、液晶、他の光
学アセンブリ、又は複数の光信号の操作のために精密な
アライメントを必要とする任意の光学素子等の他の光学
素子と位置合わせする際に、基準を使用できる。他の様
々な適用、及び開示された実施形態の特徴の組み合わせ
も、特許請求の範囲によって定義されるような本発明の
範囲内にある。 【００４４】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。 １．光デバイスの製造プロセスであって、第一の基準
（212、212’、414）と複数の光学経路（112、412）と
を含む光学アセンブリ（210、210’、410A）を製作する
ステップと、第二の基準（222、424）を有する光学素子
（220、420A）を製作するステップと、及び前記第一及
び第二の基準が目標相対位置を有するまで前記光学アセ
ンブリを前記光学素子に対して移動させるステップとか
らなり、前記目標相対位置が前記光学アセンブリを前記
光学素子と位置合わせするために計算されている、光デ
バイスの製造プロセス。 ２．前記光学アセンブリを製作するステップが、複数の
光ファイバ（112）を基板（215）上に機械的に取り付け
るステップを含み、前記光ファイバが前記複数の光学経
路を提供する、上記１に記載のプロセス。 ３．前記第一の基準が、前記アセンブリ上に機械的に取
り付けられた不透明ファイバ（212）である、上記１又
は２に記載のプロセス。 ４．前記光学アセンブリを製作するステップが、基板
（215）に複数の溝（116）を形成するために前記基板を
エッチングするステップと、前記溝中に光ファイバ（11
2）を取り付けるステップと、及び前記基板上に前記第
一の基準（212’）を含むパターンを形成するステップ
とを含み、前記エッチング及び形成するプロセスが、相
互に位置合わせされている、上記１又は２に記載のプロ
セス。 ５．前記光学アセンブリが、コリメータレンズのアレイ
（410A）からなる、上記１又は２に記載のプロセス。 ６．前記光学素子が複数の光学経路を含み、前記目標相
対位置が、前記光学アセンブリ中の光学経路のそれぞれ
を前記光学素子中の光学経路のそれぞれと位置合わせす
る、上記１〜５のいずれかに記載のプロセス。 ７．光デバイスであって、第一の基準（212、414）及び
複数の光学経路（112、412）を含む光学アセンブリ（21
0、410A）と、及び第二の基準（222、424）を有する光
学素子（220、420A）とを含み、前記第一及び第二の基
準は、前記光学アセンブリの光学経路が前記光学素子中
のそれぞれの光学経路（122、124）と位置合わせされる
目標相対位置を有する、光デバイス。 ８．前記光学アセンブリが、基板上に光ファイバを含む
ファイバアセンブリを含み、前記光ファイバが前記光学
経路を提供する、上記７に記載の光デバイス。 ９．前記第一の基準が不透明ファイバからなる、上記７
又は８に記載の光デバイス。 １０．前記光学素子が、グレーティング、平面導波回
路、液晶、及び微小電子機械デバイスから成るグループ
から選択された素子からなる、上記７又は８に記載の光
デバイス。 【００４５】 【発明の効果】本発明により、光学スイッチ又は他のＰ
ＬＣにおいてファイバアセンブリを位置合わせするため
の時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】ファイバアセンブリが取り付けられた光スイ
ッチの平面図である。 【図１Ｂ】従来のファイバアセンブリの断面図である。 【図２Ａ】本発明の一実施形態による光スイッチの平面
図である。 【図２Ｂ】本発明の代替の実施形態によるファイバアセ
ンブリの断面図である。 【図２Ｃ】本発明の代替の実施形態によるファイバアセ
ンブリの断面図である。 【図３】本発明の一実施形態による、基準を有する光学
プレート及びファイバアセンブリの平面図である。 【図４】部品の粗アライメントのために基準を用いたマ
イクロエレクトロニクスマシンの斜視図である。 【符号の説明】 112 光ファイバ 122、124 光導波路 116 溝 200 光学スイッチ 210、210’光学アセンブリ 212、212’、222、414、424 基準 215 基板 220 光学プレート 410A、410B コリメータアレイ 412 コリメータ 420A ミラーアレイ
ッチの平面図である。 【図１Ｂ】従来のファイバアセンブリの断面図である。 【図２Ａ】本発明の一実施形態による光スイッチの平面
図である。 【図２Ｂ】本発明の代替の実施形態によるファイバアセ
ンブリの断面図である。 【図２Ｃ】本発明の代替の実施形態によるファイバアセ
ンブリの断面図である。 【図３】本発明の一実施形態による、基準を有する光学
プレート及びファイバアセンブリの平面図である。 【図４】部品の粗アライメントのために基準を用いたマ
イクロエレクトロニクスマシンの斜視図である。 【符号の説明】 112 光ファイバ 122、124 光導波路 116 溝 200 光学スイッチ 210、210’光学アセンブリ 212、212’、222、414、424 基準 215 基板 220 光学プレート 410A、410B コリメータアレイ 412 コリメータ 420A ミラーアレイ
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(72)発明者 ゲーリー・アール・トロット
アメリカ合衆国カリフォルニア州94402,
サンマテオ，パロット・ドライブ・1215
Ｆターム(参考） 2H037 BA24 BA32 BA35 CA02 CA17
CA38 DA02 DA04 DA12 DA22
2H041 AA14 AA16 AB14 AZ02
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】光デバイスの製造プロセスであって、 第一の基準（212、212’、414）と複数の光学経路（11
2、412）とを含む光学アセンブリ（210、210’、410A）
を製作するステップと、 第二の基準（222、424）を有する光学素子（220、420
A）を製作するステップと、及び前記第一及び第二の基
準が目標相対位置を有するまで前記光学アセンブリを前
記光学素子に対して移動させるステップとからなり、 前記目標相対位置が前記光学アセンブリを前記光学素子
と位置合わせするために計算されている、光デバイスの
製造プロセス。
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