JP6273217B2 - 光ファイバの入力／出力を結合するための構造化反射表面を有する結合装置 - Google Patents

Description

関連出願の説明

本出願は２０１２年３月５日に出願された米国仮特許出願第６１/６０６８８５号の優先権を主張する。上記仮特許出願の明細書は、本明細書に全てが述べられているかのように、その全てが本明細書に参照として含められる。以下に挙げられる全ての公開文献は、本明細書に全てが述べられているかのように、その全てが本明細書に参照として含められる。

本発明は光ファイバ信号伝送に関し、特に、光信号のルーティングのために光信号を物理的及び光学的に結合するための素子に関する。

現今の（例えば高精細度ビデオデータのための）データ伝送に対して高まる一方の帯域幅への要求のため、データ通信に対して光ファイバ信号伝送が遍く用いられるようになっている。光信号は、光ファイバネットワーク並びに付帯するコネクタ及びスイッチを介して、光ファイバを通じて伝送される。光ファイバは、与えられた物理的寸法／スペースに対し、銅線に比較してかなり高いデータ伝送帯域幅容量及び低い信号損失を実証している。

光信号伝送において、光信号と電気信号の変換は光ファイバの終端より先で行われる。詳しくは、光ファイバの出力端において、光ファイバからの光が変換受信器によって検出されて、下流における以降のデータ処理のために電気信号に変換される（すなわち、光−電気変換）。光ファイバの入力端において、電気信号は変換送信器によって光ファイバに入力される光に変換される（すなわち、電気−光変換）。

光ファイバに入力／出力を送信器／受信器に結合するには、光源（例えばレーザ）からの光を光ファイバの入力端にコリメート及び／または集束するため、及び光ファイバの出力端からの光をフォトダイオード検出器にコリメート及び／または集束するため、レンズのような光学素子が必要である。許容できる信号レベルを達成するため、光ファイバは、光ファイバが送信器及び受信器に対して支持された光学素子に精確に位置合わせされるように、送信器及び受信器に高精度で精確に位置合わせされなければならない。従来、要求される光学位置合わせを達成するに必要な内部光学素子及び構造を前提として、光ファイバを終端するコネクタを用いて光ファイバが結合される接続ポートを有する結合構造が送信器及び受信器に備えられていた。光ファイバは脆いから、光ファイバは、送信器及び受信器の結合構造への物理的接続の間及びその後、慎重に取り扱われなければならない。したがって、送信器及び受信器並びに、付帯する、接続ポートを有する構造は一般に嵩張って、かなりのスペースをとり、この結果、小型電子デバイスでの使用には適さなくなっている。これまで、光ファイバと送信器及び受信器との結合構造は一般に極めて高価であり、与えられたポート数に対する寸法が比較的大きかった。

既存の光ファイバデータ伝送の上述した欠点は多チャンネルファイバ伝送において一層悪化する。組立時の送信器及び受信器に対する光ファイバの接続及び光学位置合わせはサブミクロン精度でなされなければならず、コンポーネントはサブミクロン精度で作製されなければならない。そのような精度レベルのパーツは挑戦というにはまだ不十分であるかのように、パーツが経済的に製造されるためには、完全に自動化された高速プロセスでなされなければならない。

光ファイバの入力／出力を物理的及び光学的に結合するための、製造性、使用容易性、機能性及び信頼性を低減されたコストで向上させる、改善された構造が必要とされている。

本発明は、光信号をルーティングするための、光ファイバの入力端／出力端を物理的及び光学的に結合するための結合装置を提供する。素子は、光受信器及び／または光送信器に光ファイバを物理的及び光学的に結合するために実装することができ、製造性、使用容易性及び信頼性を低減されたコストで向上させ、よって従来技術の構造の欠点の多くを克服する。

本発明にしたがえば、結合装置は（入射光の偏向及び回折も含めることができる）反射によって光ファイバの入力端／出力端に／から光を導く光学素子として機能する構造化表面を有する。結合装置は、構造化反射面に対して光ファイバを確実に及び正確に位置合わせする光ファイバ保持構造も有する。一実施形態において、ファイバ保持構造は、光ファイバの末端が構造化反射面に対して定められ距離にあって構造化反射面と位置合わせされている態様で光ファイバを確実に受け入れる少なくとも１本の溝（すなわち１本以上の溝）を有する。構造化反射面の位置及び方位はファイバ保持構造に対して固定される。一実施形態において、ファイバ保持構造及び構造化反射面は結合装置の同じ構造（例えば、モノリシック構造）上に定められる。別の実施形態において、ファイバ保持構造及び構造化反射面は、結合されて結合装置を形成する個別の構造上に定められる。

構造化反射面は、平面、凹面または凸面であるように構成することができる。一実施形態において、構造化反射面はミラー仕上げの平滑な表面を有する。構造化反射面は、代わりに、反射性のテクスチャ加工面とすることができる。構造化反射面は一様な表面特性または変化する平滑度及び／またはテクスチャ加工度のような変化する表面特性あるいは構造化反射面を構成する様々な平滑面領域とテクスチャ加工面領域の組合せを有することができる。構造化反射面は以下の等価な光学素子、ミラー、集束レンズ、発散レンズ、回折格子またはこれらの組合せの内の少なくとも１つに対応する表面プロファイル及び／または光学特性を有することができる。構造化反射面は、１つより多くの、異なる等価光学素子に対応する領域（例えば、発散性の環状領域で囲まれた集束性の中央領域）を有することができる。一実施形態において、構造化反射面は光に表面を透過させない不透明材料上に定められる。

本発明の一態様において、構造化反射面及びファイバ保持構造は、低コストで高スループットのプロセスであるスタンピングのような大量生産プロセスに適している開放構造によって定められる。一実施形態において、構造化反射面及びファイバ保持溝は金属材料のスタンピングによって形成される。一実施形態において、金属材料は、高剛性を有するか（例えばステンレス鋼）、化学的に不活性であるか（例えばチタン）、高温で安定であるか（例えばニッケル合金）、熱膨張が小さいか（例えばインバー）、または他の材料と熱膨張が一致する（例えばガラスに整合するためのコバール）、ように選ぶことができる。あるいは、材料は硬質プラスチックまたはその他の硬質高分子材料とすることができる。

一実施形態において、結合装置は光送信器及び／または光受信器に、構造化反射面を送信器内の光源（例えばレーザ）または受信器内の検出器（例えばフォトダイオード）と位置合わせして、取り付けることができる。送信器／受信器は結合装置に気密封着することができる。外部回路への電気接続のための導電性コンタクトパッドを送信器／受信器に設けることができる。固定された構造化反射面及びファイバ保持構造が同じ結合装置上に精確に定められているとすれば、送信器内の光源または受信器内の光検出器を結合装置内の構造化反射面に位置合わせすることにより、光源／検出器は光ファイバの入力端／出力端に精確に位置合わせされるであろう。一実施形態において、結合装置への送信器／受信器の精確な位置合わせの方法は、送信器／受信器及び結合装置に設けられた相補形の目合わせマークを重ね合わせる工程を含む。

本発明の別の態様において、光ファイバは、電気−光変換のために光ファイバの一方の終端に送信器を有し、光−電気変換のために光ファイバの他方の終端に受信器を有することが技術上知られているケーブルである、アクティブ光ケーブル（ＡＯＣ）として構成される。

使用容易性及び低い環境鋭敏性による高い信頼性を提供し、低コストで作製することができる、本発明にしたがう結合装置は従来技術の欠点の多くを克服する。本発明の結合装置は、光入力または光出力のため、あるいはいずれのため（双方向データ通信のため）にも、１本または複数本のファイバをサポートするように構成することができる。

本発明の本質及び利点の、また好ましい使用モードの、さらに十分な理解のためには、添付図面とともに読まれる以下の詳細な説明が参照されるべきである。以下の図面において、同様の参照数字は全図面を通して同様であるかまたは同じ要素を指す。

図１は、本発明の結合装置が実装されている、光ファイバを通じるデータ伝送の構成の略図である。 図２は光ファイバの入力端における放射光パターンを示している略図である。 図３は光ファイバの出力端における放射光パターンを示している略図である。 図４は入力端及び出力端における構造化反射面上の放射光のフットプリントを示している略図である。 図５は平滑な平表面を有する球頭パンチを用いる平面ミラーの形成工程を示している略図である。 図６は結合装置に溝及び構造化表面プロファイルをスタンピングするための外形形状を有するパンチの斜視図である。 図７Ａは光ファイバの軸線に沿う断面図である。 図７Ｂは光ファイバの斜視断面図である。 図８Ａは本発明の一実施形態にしたがう一体型送信器／受信器モジュールの斜視図である。 図８Ｂは本発明の一実施形態にしたがう送信器の斜視図である。 図８Ｃは本発明の一実施形態にしたがう受信器の斜視図である。 図９は本発明の一実施形態にしたがうアクティブ光ケーブル（ＡＯＣ）の斜視図である、 図１０Ａは目合わせマークを有する結合装置の別の実施形態である。 図１０Ｂは送信器／受信器の別の実施形態である。 図１１Ａは本発明の一実施形態にしたがう位置合わせシステムを有する組立てスタンドを簡略に示す。 図１１Ｂは本発明の一実施形態にしたがう位置合わせプロセスを簡略に示す。 図１１Ｃは本発明の一実施形態にしたがう組立てプロセスを簡略に示す。

本発明を、様々な実施形態に関し、図面を参照して以下に説明する。本発明は本発明の目的を達成するための最善のモードに関して説明されるが、本発明の精神または範囲を逸脱することなく、本明細書の教示に基づいて変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。

本発明は光信号をルーティングするために光ファイバの入力端／出力端を物理的及び光学的に結合するための結合装置を提供する。素子は光ファイバを光受信器及び／または光送信器に物理的及び光学的に結合するために実装することができ、低減されたコストで製造性、使用容易性及び信頼性を向上させ、よって従来技術の構造の欠点の多くを克服する。本発明にしたがえば、結合装置は、（入射光の偏向及び回折も含めることができる）反射によって光ファイバの入力端／出力端に／から光を導く光学素子として機能する、構造化表面を有する。

図１は、光ファイバを通じて情報を伝送するための、本発明の結合装置が実装されているデータリンクの構成を簡略に示す。簡単のため、図１には本発明を説明するための基本的な素子のいくつかしか含まれていない。図１において、光ファイバ１０の終端区画（入力端１７及び出力端１９は、保護緩衝／外被層１１無しで、クラッド層が露出されている、剥出区画である）は構造化反射面１２及び１４に向けられる。光源（例えば、ＶＣＳＥＬ（縦型キャビティ表面発光レーザ）のような、レーザ）を有する送信器１６が電気信号を光信号に変換する。送信器のコリメートされた光出力は、光を光ファイバ１０の入力端１７に集束する、本発明にしたがう結合装置内の構造化反射面１２に導かれる。光信号は光ファイバ１０を通して伝送されて、出力光を受信器１８内の光検出器（例えば、ＰＩＮフォトダイオード）に集束する、本発明にしたがう別の結合装置内の構造化反射面１４に出力される。受信器は光信号を電気信号に変換する。送信器１６に入力される電気信号を適切に変調することにより、データが光信号によって光ファイバ１０を通じて伝送され、受信器１８において入力データに対応する電気信号として再生される。

図示される実施形態において、光ファイバは、開口数（ＮＡ）が０.２±０.０１５の、５０/１２５分布屈折率光ファイバとすることができる。リボンケーブル内の２本の光ファイバ間の標準ピッチに一致させるため、構造化反射面１２及び１４は２５０μｍをこえない開口を有する凹面ミラーとして構成される。凹面ミラーの光軸は光ファイバ１０の軸と合わせられる。光ファイバの末端１７及び１９（平面または傾斜面の研磨端面）はそれぞれ構造化反射面１２及び１４から（光軸に沿って）約０.２４５ｍｍの有効距離にある。送信器１６内の光源及び受信器１８内の光検出器はそれぞれ構造化反射面１２及び１４から（光軸に沿って）約０.１ｍｍの有効距離にある。光源は、波長が８５０ｎｍ、光出力パワーが６ｍＷ、ビーム発散が２０°〜３０°の、ＶＣＳＥＬとすることができる。光検出器は受光領域の直径が約７０μｍのＰＩＮフォトダイオードとすることができる。

図２及び３はさらに、光ファイバ１０の入力及び出力のそれぞれにおける放射光パターンを簡略に示す。

図４は構造化反射面１２及び１４上の放射光のフットプリントを簡略に示す。これらの反射面によって定められる凹面ミラーは同じ形状を有することができるが、いずれのミラーの寸法も出力／受信器端におけるミラー上のスポット径が大きくなることで設定される。図示される例において、ミラー径は１７０μｍとすることができ、入力／送信器（ＴＸ）端におけるスポット径は６４μｍであり、出力／受信器（ＲＸ）端におけるスポット径は１０８μｍである。

本発明の一態様にしたがえば、構造化反射面は金属材料の精密スタンピングによって形成することができる。図５は研磨された平坦表面をもつ球形パンチを用いて平面ミラーを形成する工程を簡略に示す。精密スタンピングプロセス及び装置は、本発明の譲受人に共通に譲渡された、米国特許第７３４３７７０号の明細書に開示されている。上記明細書に開示されているプロセス及びスタンピング装置は（以下に開示される、構造化反射面及び光ファイバ保持構造を含む）本発明の結合装置の構造の精密スタンピングに適合させることができる。このスタンピングプロセス及び装置は少なくとも１０００ｎｍの公差でパーツを作成することができる。

図７を参照すれば、本発明の別の態様において、結合装置は光ファイバ１０を構造化反射面１３に対して確実かつ正確に位置合わせする光ファイバ保持構造を有する。本発明のまた別の態様において、構造化反射面及びファイバ保持構造は、低コストで高スループットのプロセスであるスタンピングプロセスのような大量生産プロセスに適している開放構造によって定められる。図７Ａは光ファイバ１０の軸線に沿ってとられた断面図である。図７Ｂは光ファイバ１０の軸線に沿ってとられた斜視断面図である。図示される実施形態において、ファイバ保持構造は、光ファイバ１０の末端が構造化反射面１３に対して定められた距離にあって構造化反射面１３と位置合わせされている態様で、光ファイバを確実に受け入れる溝２２を有する。構造化反射面１３の位置及び方位はファイバ保持構造に対して固定される。図示される実施形態において、ファイバ保持構造及び構造化反射面は結合装置の同じ（例えば、モノリシック）ベース２６上に定められる。別の実施形態において（図示せず）、ファイバ保持構造及び構造化反射面は、結合されて結合装置を形成する個別の構造上に定められる。溝２２は光ファイバ１０の端面１５との間のスペースを定める区画２４を有する。図示される実施形態において、この区画２４は溝２２の残りの区画と同じ幅を有するが、底が浅くなっている。区画２４は光ファイバ１０の端面１５の一部（端）が突き当たるストップを提供する肩２７を定める。したがって、端面１５と構造化反射面１３の間に光軸に沿うある距離（例えば２４５μｍ）が定められる。図示される実施形態において、光ファイバ１０の外表面がベース２６の上面と共面になるように、光ファイバは溝２２内に完全に受け入れられる。光ファイバの直径が１２５μｍであり、ＶＣＳＥＬ光源３０が構造化反射面１３から１００μｍの（例えば、光軸に沿うＶＣＳＥＬ３０の平坦面からの）有効距離にあるとすれば、ベース２６の上面２９からのＶＣＳＥＬの平坦面の距離は約３７.５μｍになるであろう。

溝２２は、例えば機械嵌めまたは締まり嵌め（またはプレス嵌め）によって、ファイバ１０をクランプすることでファイバ１０（保護緩衝／外被層無しでクラッド層が露出されている剥出区画）を確実に保持するような構造につくられる。締まり嵌めにより、ファイバ１０が所定の場所にクランプされ、したがってファイバ１０の位置及び方位が溝２２の位置及び軸線によって設定されることが保証される。図示される実施形態において、溝２２は剥き出しの（すなわち、保護緩衝／外被層無しでクラッド層が露出されている）光ファイバ１０を安楽に受け入れるＵ字形断面を有する。溝２２の側壁は実質的に平行であり、溝の開口は、ファイバ１０に対して追加の機械嵌めまたは締まり嵌めを与えるため、側壁間の平行間隔より若干狭くする（すなわち、断面をややＣ字形とする）ことができる。開放溝構造のさらなる詳細は２０１５年４月５日に出願された同時継続米国特許出願第１３/４４０９７１号の明細書に見ることができる。この特許出願明細書はその全体が本明細書に参照として含められる。溝２２を有するベース２６は事実上、光ファイバ１０を正確な場所に構造化反射面１３と位置合わせして支持する一体開放フェルールである。構造化反射面１３の位置は溝２２及び肩２７に対して固定され、したがって光ファイバ１０の端面に対して固定される。構造化反射面１３は、可動部品上に支持されず、いかなる可動部品も含まない。

一実施形態において、結合装置のベース２６は金属材料で形成される。一実施形態において、金属材料は、高剛性を有する（例えばステンレス鋼）か、化学的に不活性である（例えばチタン）か、高温で安定である（例えばニッケル合金）か、熱膨張が小さい（例えばインバー）か、または他の材料と熱膨張が一致する（例えばガラスと整合するためのコバール）、ように選ぶことができる。反射能については、比較的高い反射率を与える、アルミニウムまたは銅のような金属でベース２６を形成することができる。反射能は、ベース体２６上に、金、銀、ニッケル、アルミニウム、等のような金属をメッキすることで達成することもできる。あるいは、材料は硬質プラスチックまたはその他の硬質高分子材料とすることができる。構造化反射面及びファイバ保持構造を有する結合装置の上に開示した開放構造は、低コストで高スループットのプロセスであるスタンピングのような大量生産プロセスに適している。精密スタンピングプロセス及び装置は、本発明の譲受人に共通に譲渡された、米国特許第７３４３７７０号の明細書に開示されている。上記明細書に開示されているプロセス及びスタンピング装置は本発明のフェルールの精密スタンピングに適合させることができる。

図６はベース２６に溝２２及び構造化反射面１３をスタンピングするために構成されたパンチ２００を示す。パンチ２００は、基本的に構造化反射面及び溝の反転である、凸表面プロファイルを有する。パンチ２００の表面プロファイルはスタンピングされる構造と同形である。

図８Ａは、光結合装置３９に取り付けられた送信器／受信器３８を有し、結合装置内の構造化反射面が送信器／受信器内の光源／検出器に位置合わせされている、一体型送信器／受信器モジュール４０の一実施形態を示す。図８Ｂは送信器／受信器３８の一実施形態を示す。送信器／受信器３８は光源／検出器５２（例えばＶＣＳＥＬ／フォトダイオード）及び付帯制御回路（例えばＩＣチップ）が搭載された回路基板５１を支持するベース１５０を有する。送信器／受信器３８の周縁に接合面５３が定められる。

図８Ｃは、上に論じた結合装置の開放構造に極めて類似している、結合装置３９の内部開放構造を示す。基本的に、結合装置３９は、先に上で論じた図６及び７の実施形態内のベース２６に定められた溝２２及び構造化反射面１３と同様の、溝４２及び構造化反射面４３がそれに定められているベース４６を有する。この実施形態において、溝２９の区画４４は広くされているが、それでも、ファイバ１０の端面を精確に位置決めするための肩４７を定める深さを有する。広くされた溝３４は保護層１１を有するファイバの太い区画を受け入れるためにベース４６上に設けられる。溝３４内に保護層１１を確実に固定するため、エポキシ系接着剤を施すことができる。

この実施形態において、ベース４６は、構造化反射面４６及び溝が配されるキャビティ３６を定める隆起側壁３７を有する。キャビティ３６は回路基板５１に搭載されたＩＣチップの高さを受容するためのスペースを提供する。側壁３７の高さは送信器／受信器３８内の光源／検出器と結合装置３９内の構造化反射面４３の間の距離を定める。図７も参照すれば、光ファイバが１２５μｍの直径を有し、光軸に沿うＶＣＳＥＬ平出力面が構造化反射面４３から１００μｍであるとして、側壁３７の高さは（図７Ａにおけるベース２６の上面２９に対応する）ＶＣＳＥＬの平出力面のキャビティ３６の表面からの距離を約３７.５μｍに定める。

理解され得るように、モジュール４０において、固定された構造化反射面及びファイバ保持構造が同じ結合装置上に精確に定められていれば、送信器内の光源または受信器内の光検出器を結合装置内の構造化反射面に位置合わせすることにより、光源／検出器は光ファイバの入力端／出力端に精確に位置合わせされるであろう。

別の見方をすれば、送信器／受信器と結合装置の上述した組合せは、構造化反射面及び光ファイバを構造化反射面に位置合わせする一体結合構造を有する、一体型送信器／受信器モジュールであると考えることができる。

結合装置３９は、先に論じたように、可鍛性金属からスタンピングで形成することができる。側壁３７の上面３３は送信器／受信器３８を取り付けるための接合領域を与える。送信器／受信器３８は、接着剤、エポキシ樹脂、ハンダまたは溶接によって結合装置３９に取り付けることができる。一実施形態において、送信器／受信器３８は、例えば、レーザ溶接、ハンダ付けまたは鑞付けによって、結合装置３９に気密封着することができる。送信器／受信器３８及び結合装置は組立前に個別に製造し、検査を行うことができる。

本発明の別の態様において、光ファイバは、電気−光変換のために光ファイバの一方の終端に送信器を有し、光−電気変換のために光ファイバの他方の終端に受信器を有することが技術上知られているケーブルである、アクティブ光ケーブル（ＡＯＣ）として構成される。図９は本発明にしたがう送信器／受信器モジュール５０を採用したＡＯＣ４８の一実施形態を示す（図９にはＡＯＣの一端しか示されていない。他端は同様の構造になっていて、一端はレーザまたは光源を有する送信器モジュールであり、他端は光電検出器を有する受信器モジュールである）。モジュール５０の構造は、送信器／受信器３８の外面上に電気コンタクトパッド４９が設けられていることを除き、先の図８の実施形態におけるモジュール４０の構造と同様である。電気コンタクトパッド４９はモジュール５０内部の制御回路５４への外部からの電気的アクセスを提供する。

図１の略図も参照すれば、ＡＯＣ４８は基本的に図1に示されるコンポーネントを有する。ＡＯＣ４８は、光ファイバ（剥出ファイバ１０及び保護層）、送信器１６及び上に論じた構造化反射面１２とファイバ１７の末端１７を支持するファイバ保持構造を有する結合装置の組み合わせに対応する送信器モジュール５０、並びに受信器１８と上に論じた構造化反射面１４とファイバ１０の末端１９を支持するファイバ保持構造を有する結合装置の組み合わせに対応する受信器モジュール５０を有する。

図１０及び１１は、送信器／受信器法及び結合装置上に設けられた相補形の目合わせマークを重ね合わせる工程による送信器／受信器の結合装置への精確な位置合わせを含む、組立プロセスの一実施形態を示す。図１０Ａは、結合装置の隆起側壁を省いたことを除いて図８Ｃと同様である、別の実施形態の結合装置３９'である。目合わせマークは結合装置３９'のベース４６'の上面に設けられる。ベース４６'は溝内に保持された光ファイバを、構造化反射面４３'に対して、精確に位置合わせする。目合わせマークは、構造化反射面４３'を囲んでＬ形に配置され、よって２つの軸／方向における空間位置合わせを提供する、（溝及び構造化反射面を形成するスタンピングプロセスによって形成された窪みとすることができる）３つのドット６４を含む。目合わせドット６４は、送信器／受信机の光源／検出器のいくつかの特徴に対応するように、間隔がとられる。例えば、図１１ＢはＶＣＳＥＬ７０の正方形上表面７２の上面図を表す。ＶＣＳＥＬ７０は正方形上表面７２の１つのコーナーに近づけてオフセットされた出力領域７１を有する。したがって、上面６６の３つのドット６４を構造化反射面４３'の２つの辺に隣接させて配置することにより、さらに、ＶＣＳＥＬ７０の正方形上表面７２のコーナーに対応するようにドット６４の間隔が定められていることにより、ドット６４をＶＣＳＥＬ７０の正方形上表面７２のコーナーに位置合わせすることで出力領域７１を構造化反射面４３'に位置合わせすることができる。結合装置の上表面に同様の目合わせマークを設けることにより、受信器内のフォトダイオードの結合装置上に定められた構造化反射面への同様の位置合わせを上に論じた態様と同様の態様で達成することができる。図８Ｃに戻って参照すれば、構造化反射面４３を囲むキャビティの底に同様の目合わせマーク（ドット６４）が設けられる。

図１０は送信器３８'の別の実施形態を示す。ベース１５０'は、光ファイバ１０の保護層１１の余分の厚さを受け入れるため、逃げ溝７９を有する隆起側壁を有する。ＶＣＳＥＬ７０は回路基板５１'に搭載される。

図１１Ａは上述した目合わせマークを用いる位置合わせシステムを含む組立てスタンド８０を簡略に示す。組立てスタンド８０は位置合わせステージ８２（例えば、Ｘ−Ｙ水平面内のＸ−Ｙ平行移動、水平面に直交するＺ軸及びＺ軸を中心とする回転）を支持する基盤８１を有する。組立てスタンド８０はピックアンドプレースヘッドを有する回転アーム８３をさらに有し、回転アーム８３は、ベアリング８４の周りで回転してアームを位置合わせステージ８２上で位置合わせステージ８２に向けて振り動かすように支持される。結合装置３９'（または図８及び９の結合装置３９）は位置合わせステージ８２上に支持され、目合わせドット６４は水平面にある。送信器／受信器３８'（または図８及び９の送信器／受信器３８）は回転アーム８３のピックアンドプレースヘッドに支持される。図１１Ａに示されるように垂直位置にある回転アーム８３により、ＶＣＳＥＬ７０の正方形上表面７２は垂直面内にある。ＶＣＳＥＬ７０の正方形上表面７２の平面に直交する軸は目合わせドット６４の平面に直交する軸に直交する。カメラ８６及びビームスプリッタ８５を用いて、ＶＣＳＥＬ７０の正方形上表面７２及び目合わせドット６４の両者の同時撮像がなされる。位置合わせステージ８２を作動させることにより、図１１Ｂに示されるように、目合わせドット６４の像の位置と正方形上表面７２の像の位置を合わせることができる。次いで、図１１Ｃに示されるように、回転アーム８３を振り動かして送信器３８'を結合装置３９'上に置く。送信器３８'及び結合装置３９'を、例えば、レーザ溶接、レーザ支援ハンダ付けまたは赤外線ハンダ付けによって、接合する。

低い環境鋭敏性による使用の容易性及び高い信頼性を提供し、低コストで作製することができる、本発明にしたがう結合装置は従来技術の欠点の多くを克服する。本発明の結合装置は、光入力のためまたは光出力のため、あるいはいずれのため（双方向データ通信のため）にも、１本または複数本のファイバをサポートするように構成することができる。

１本の光ファイバのための結合装置に関して実施形態を上に説明したが、上に開示した結合装置構造を、結合装置に平行溝を設けることによって、複数本の光ファイバに適合させることは十分に本発明の範囲及び精神内にある。

上述した実施形態の全てに対し、別の見方をすれば、送信器／受信器と結合装置の組合せは、代わりに、１つ以上の光源／検出器及び、１つ以上の構造化反射面を有し、１本以上の光ファイバを構造化反射面に位置合わせする、一体結合構造を有する一体型送信器／受信器モジュールあると考えることができる。

上述した実施形態の全てにおいて、構造化反射面は、平面、凹面または凸面あるいはこれらを組合せでつくられた複合反射面であるように、構成することができる。一実施形態において、構造化反射面は平滑な（研磨された）ミラー面である。構造化反射面は、代わりに、反射性のテクスチャ加工面とすることができる。構造化反射面は一様な表面特性、または表面にわたって変化する平滑度及び／またはテクスチャ加工度のような、変化する表面特性、または構造化反射面を構成する様々な平滑面領域とテクスチャ加工面領域の組合せを有することができる。構造化反射面は以下の等価な光学素子、ミラー、集束レンズ、発散レンズ、回折格子またはこれらの組合せの内の少なくとも１つに対応する表面プロファイル及び／または光学特性を有することができる。構造化反射面は、１つより多くの、異なる等価光学素子に対応する領域（例えば、発散性の環状領域で囲まれた集束性の中央領域）を有することができる。一実施形態において、構造化反射面は光に表面を透過させない不透明材料上に定められる。

本発明を好ましい実施形態を参照して詳しく示し、説明したが、本発明の精神、範囲及び教示を逸脱することなく、形態及び詳細に様々な変更がなされ得ることが当業者には当然であろう。したがって、開示された本発明は単なる説明として見なされるべきであり、特許請求の範囲に指定されるような範囲によってのみ限定されるべきである。

１０ 光ファイバ
１１ 保護緩衝／外被層
１２，１３，１４．４３ 構造化反射面
１６ 送信器
１７ 光ファイバの入力端
１８ 受信器
１９ 光ファイバの出力端
２２，４２ 溝
２６，４６ ベース
３０ 光源
３６ キャビティ
３７ 隆起側壁
３８ 送信器／受信器
３９ 光結合装置
４０，５０ 送信器／受信器モジュール
４８ アクティブ光ケーブル（ＡＯＣ）
４９ 電気コンタクトパッド
５１ 回路基板
５２ 光源／検出器
５３ 接合面
５４ 制御回路
７０ ＶＣＳＥＬ
８０ 組立てスタンド
８２ 位置合わせステージ
８３ 回転アーム
８４ ベアリング
８５ ビームスプリッタ
８６ カメラ
１５０ ベース
２００ パンチ

Claims (13)

1. 光信号をルーティングするための結合装置において、
   構造化反射面及び光ファイバ保持構造を有する、可鍛性の金属材料からなるベースであって、光ファイバの端面が前記光ファイバの光軸に沿って前記構造化反射面から所定の距離に配置されるように、前記ベースの上に、前記構造化反射面及び前記光ファイバ保持構造が、前記可鍛性の金属材料をスタンピングすることにより一体的に定められているベース、
   を有し、
   前記光ファイバ保持構造が、前記構造化反射面に対して前記光ファイバを、前記光ファイバからの出力光が前記構造化反射面によって前記結合装置の外部に反射され得るか、あるいは前記構造化反射面に入射する前記結合装置の外部からの入力光が前記光ファイバに向けて反射され得るように、正確に位置合わせするものであり、
   前記光ファイバ保持構造が、前記ベース上に設けられた溝を有し、前記溝が前記構造化反射面に対して位置合わせされている、
   ことを特徴とする結合装置。
2. 前記溝が、前記光ファイバの前記端面と前記構造化反射面との間の前記所定の距離を定めるために前記光ファイバの前記端面の一部が突き当たることができるストップを定める、肩を有することを特徴とする請求項１に記載の結合装置。
3. 前記溝が開放溝であることを特徴とする請求項１または２に記載の結合装置。
4. 前記構造化反射面が凹面であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の結合装置。
5. 前記光ファイバを、光受信器および／または光送信器に物理的及び光学的に結合するために使用されることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の結合装置。
6. 送信器／受信器モジュールにおいて、
   請求項１から４いずれか１項に記載の結合装置、及び
   前記構造化反射面に対して支持される光源及び光検出器の少なくとも一方、
   を有し、
   前記光源が前記構造化反射面によって反射される前記入力光を発生し、前記光検出器が前記構造化反射面によって反射された前記出力光を受光する、
   ことを特徴とするモジュール。
7. 前記光源が送信器の部品であり、前記光検出器が受信器の部品であることを特徴とする請求項６に記載のモジュール。
8. アクティブ光ケーブルにおいて、
   少なくとも１本の光ファイバを有する光ファイバケーブル、
   前記光ファイバの第１の末端に物理的及び光学的に結合された、請求項６または７に記載の送信器モジュール、及び
   前記光ファイバの第２の末端に物理的及び光学的に結合された、請求項６または７に記載の受信器モジュール、
   を有することを特徴とするアクティブ光ケーブル。
9. 光信号をルーティングするための結合装置を作製する方法において、
   構造化反射面及び光ファイバ保持構造を有する、可鍛性の金属材料からなるベースを、光ファイバの端面が前記光ファイバの光軸に沿って前記構造化反射面から所定の距離に配置されるよう、前記ベースの上に前記構造化反射面及び前記光ファイバ保持構造が一体的に定められるように、前記可鍛性の金属材料をスタンピングすることにより形成する工程、
   を含み、
   前記光ファイバ保持構造が、前記構造化反射面に対して前記光ファイバを、前記光ファイバからの出力光が前記構造化反射面によって前記結合装置の外部に反射され得るか、あるいは前記構造化反射面に入射する前記結合装置の外部からの入力光が前記光ファイバに向けて反射され得るように、正確に位置合わせするものとして形成され、
   前記光ファイバ保持構造が、前記ベース上に設けられた溝を有するものとして形成され、前記溝が前記構造化反射面に対して位置合わせされる、
   ことを特徴とする方法。
10. 前記溝が、前記光ファイバの前記端面と前記構造化反射面との間の前記所定の距離を定めるために前記光ファイバの前記端面の一部が突き当たることができるストップを定める、肩を有するものとして形成されることを特徴とする請求項９に記載の結合装置を作製する方法。
11. 前記溝が開放溝として形成されることを特徴とする請求項９または１０に記載の結合装置を作製する方法。
12. 前記構造化反射面が凹面として形成されることを特徴とする請求項９から１１いずれか１項に記載の結合装置を作製する方法。
13. 前記結合装置が、前記光ファイバを、光受信器および／または光送信器に物理的及び光学的に結合するための結合装置であることを特徴とする請求項９から１２いずれか１項に記載の結合装置を作製する方法。

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