JPH06308344A - 光ファイバを電子回路に結合するためのインターフェース - Google Patents

光ファイバを電子回路に結合するためのインターフェース

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JPH06308344A
JPH06308344A JP6077906A JP7790694A JPH06308344A JP H06308344 A JPH06308344 A JP H06308344A JP 6077906 A JP6077906 A JP 6077906A JP 7790694 A JP7790694 A JP 7790694A JP H06308344 A JPH06308344 A JP H06308344A
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keyway
optical
waveguide
substrate
interface
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JP6077906A
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David Galloway
デビッド・ギャロウェイ
Michael S Lebby
マイケル・エス・レビー
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Motorola Inc
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 光ファイバと電子回路との間で接続および切
断が簡単な、光インターフェースを提供する。 【構成】 本発明による光インターフェースでは、光導
波管（１５）が成形され、導電体が更に成形(overmolde
d)されると共に、内部にキーウエイ（２０）が形成され
た基板（１１）を含む。複数の光ファイバ（２６）の端
部周囲に成形されたキーウエイ嵌合部（２２）は、ファ
イバの端部を露出させる。キーウエイ嵌合部がキーウエ
イに係合されている状態では、キーウエイの表面（２
４）内の開口（２５）が、光導波管を通じて、光を基板
上の半導体素子から或いは光をファイバから半導体素子
に連通させる。キーウエイは、嵌合部を正確に整合し、
ファイバの端部を開口すなわち光導波管に整合する。そ
して、回折格子を用いて、導波管の端部または中間点か
らの光を連通させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気／光インターフェ
ースに関し、特に、光ファイバを電子構成物に結合する
ために、成形された導波管を利用した接続器に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】今日、光ファイバ、特に複数のファイバ
を含むファイバ・リボンを利用して、遠隔地の電気的構
成物間で、および比較的長距離にわたって光信号を送信
することが、強く望まれている。光ファイバは、非常に
高い帯域容量を有し、しかも製造が比較的容易で安価な
ため、これらの用途には望ましいものである。
【０００３】しかしながら、光検出器や光発生器（例え
ば、ＬＥＤやレーザ）のような光半導体構成物を、光フ
ァイバの端部に接続することは、困難かつ高価な作業で
ある。典型的に、光学的整合における２つの重要なステ
ップによって、結合効率を最大にまで高められ、整合後
に光半導体構成物を正確な位置に取り付けることができ
るのである。結合効率を最大化する光学的整合は、能動
的整合(active alignment)と呼ばれるプロセスによって
完了される。能動的整合プロセスは、信号を通過させな
がら、光半導体素子を光ファイバと位置付けする技術で
ある。能動的整合は労働集約的作業であり、光結合器の
大量生産に対しては費用効率がよくないので、結果的に
適用不可能な製造プロセスである。一旦光半導体素子を
光ファイバと整合すると、この光半導体と光ファイバと
を、最少の移動で適切な位置に取り付けなければならな
い。現在使われている取り付け方法またはプロセスに
は、エポキシ、レーザ溶接、および低融点はんだが含ま
れる。しかしながら、これら取り付けプロセス中に発生
する熱によって、光半導体および光ファイバ構成物の双
方が膨張し、しかも冷却中に収縮するので、整合不良を
起こし、結合効率を低下させることになる。
【０００４】したがって、性能を向上し製造コストを低
減する、電気−光学系嵌合部、特に光半導体素子と光フ
ァイバ間の嵌合部を最適化する装置の開発が望まれてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、新規
で改良された、光ファイバを電子回路に結合するインタ
ーフェースを提供することである。
【０００６】本発明の他の目的は、光ファイバと電子回
路との間で、素早く簡単な接続および分離が可能な、新
規で改良された、光ファイバを電子部品に結合するイン
ターフェースを提供することである。
【０００７】本発明の他の目的は、比較的簡単で安価に
製造できる、新規で改良された、光ファイバを電子回路
に結合するインターフェースを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述のおよびその他の問
題の解決、ならびに上述のおよび他の目的の実現は、光
ファイバを電子回路に結合するためのインターフェース
によって行われる。本発明によるインターフェースは、
キーウエイと、それに対応する軸方向整合手段を有する
案内レールとを形成された基板と、前記基板内に成形さ
れ、各々前記キーウエイの第１面に配置された光入出力
を有する複数の光導波管と、前記キーウエイの案内レー
ルと軸方向整合手段とを摺動可能に係合するように形成
されたキーウエイ嵌合部であって、直交する２方向にお
いて当該嵌合部の少なくとも一方の表面を前記キーウエ
イの第１表面と整合させる前記嵌合部と、各々一端が前
記キーウエイ嵌合部に取り付けられた複数の光ファイバ
とから成り、前記複数のファイバの前記一端は、前記嵌
合部が摺動可能に前記キーウエイと係合された時、前記
第１表面に配置されている前記入出力の１つと整合する
ように配置されている。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明を具現化した光インターフェ
ース１０の斜視図である。インターフェース１０は、複
数の光導波管が成形されており、全体的に１１で示され
た基板を含む。成形された光導波管は、第１クラッディ
ング層１２、第２クラッディング層１４およびコア１５
を成形することによって作成される。第２クラッディン
グ層１４は、その内面に軸方向に延びる複数のチャンネ
ルが成形され、このチャンネルはその中に未処理のコア
を受容するように設計されている。典型的に、成形され
た第１クラッディング層１２と成形された第２クラッデ
ィング層１４は、光学的に透明な物質によって接合され
る。この光学的透明物質は、成形された光導波管のコア
１５を形成すると共に、接着剤および光学的に透明なポ
リマ即ちエポキソイド(epoxoide)として作用する。光学
的透明物質は、一般的に、エポキシ，プラスチック，ポ
リイミッドなどのよう数種類の物質のいずれでもよい。
一般的に、これら光学的透明物質の屈折率(refractive
index)は、１．５４から１．５８の間である。ここで理
解すべきことは、光導波管を形成するためには、コア１
５の屈折率を、クラッディング層１２および１４の屈折
率より少なくとも０．０１大きくしなければならないこ
とである。
【００１０】この成形された光導波管の具体的実施例で
は、エポキシを用いて、第１クラッディング層１２の内
面を、第２クラッディング層１４の内面に接合してい
る。エポキシの塗布を行う際、第１クラッディング層１
２のチャンネルを完全に満たすようにすることにより、
コア１５を形成する。更に、コア１５がクラッディング
層１２および１４によって完全に包囲されるようにする
ことにより、光または光信号を伝えるためのコア１５
は、最高の性能特性を有することになる。このような最
高の性能特性を用いて、チップ対チップ通信、基板対チ
ップ通信、基板対基板通信、コンピュータ対コンピュー
タ通信等のような高速通信に応用し、高性能化を図る。
加えて、本成形光導波管では、クラッディング層１２お
よび１４の屈折率を調整するための機能も設けることが
できる。
【００１１】典型的に、エポキシの硬化には、空気乾
燥、紫外線への露出、熱処理等、種々の方法を用いるこ
とができる。具体的な硬化方法の選択は、用途によって
特定されると共に、第１および第２クラッディング層１
２および１４を作成するために用いられる接着剤ならび
にクラッディング用材料の選択にも依存する。
【００１２】例としてのみ述べるのであるが、第１クラ
ッディング層１２および第２クラッディング層１４は、
Dexter CorporationからHYSOL MG18という商標で入手可
能な、透明なポリマ成形化合物を、この目的のために用
意された鋳型（図示せず）に射出することによって作成
される。鋳型の温度は、１５０℃と１７５℃との間であ
り、好ましい温度範囲は１６０℃から１６５℃である。
成形品の成形圧力は、５００ｐｓｉから１，０００ｐｓ
ｉの範囲であり、好ましい圧力範囲は７５０ポンド／平
方インチから８００ポンド／平方インチの間である。典
型的に、トランスファー時間は、１５０℃の温度におい
て３０秒から５０秒、１７５℃の温度で２０秒から３０
秒の範囲である。硬化時間は、典型的に、１５０℃で３
分から５分、１７５℃で２分から４分の範囲である。
【００１３】硬化時間の終了時に、第１クラッディング
層１２および第２クラッディング層１４を鋳型から取り
出す。典型的に、ＨＹＳＯＬ物質の最大物理的および電
気的特性を達成するためには、硬化後処理ステップが必
要である。このステップは、一般的に１５０℃で約２時
間から４時間続けられる。硬化後処理ステップが終了す
ると、約１．５２の屈折率を有する第１クラッディング
層１２および第２クラッディング層１４が、結果的に得
られる。
【００１４】成形および硬化プロセス、ならびに第１お
よび第２クラッディング層１２および１４のそれぞれの
鋳型からの取り出しが一旦完了すると、第１および第２
クラッディング層１２および１４を組み立てる準備がで
きたことになる。組立は、第１および第２クラッディン
グ層１２および１４を形成する物質よりも屈折率が少な
くとも０．０１高い、光学的に透明な接着剤を、これら
クラッディング層の一方の内面に塗布することによって
行われる。この具体的実施例では、EPOXY TECHNOLOGY
INC.からEPO-TEK 301-2または353-NDという商標で入手
可能な、光学的に透明なエポキシを塗布することによっ
て、これが行われる。典型的に、接着剤を第１クラッデ
ィング層１２の内面に塗布した後、第２クラッディング
層１４の内面を第１クラッディング層１２の内面に対し
て圧接することにより、圧力または毛細管現象によって
チャンネルから空気を圧搾して接着剤を充填させ、そし
て第１クラッディング層１２および第２クラッディング
層１４の双方を共に接着する。
【００１５】接着用エポキシの硬化時間は、温度によっ
て異なる。例えば、室温では、硬化時間は２日であり、
８０℃では１．５時間である。成形光導波管の成形およ
び構造についてのこれ以上の情報は、１９９２年５月２
８日に出願され、同じ譲渡人に譲渡された、「Molded W
aveguide and Method for Making Same」と題された係
属中の米国特許出願番号第０７／８８９，３３５号にお
いて得ることができる。
【００１６】光インターフェース１０は、更に基板１１
の一方の縁部に形成されたキーウエイ(keyway)２０と、
このキーウエイ２０に摺動可能に係合するように構成さ
れたキーウエイ嵌合部２２とを含む。この具体的実施例
では、キーウエイ２０は、全体として、クラッディング
層１２および１４と平行な面に垂直に、即ち基板１１の
主面に対し垂直に形成される。また、キーウエイ２０は
全体的にありつぎ(dovetail)状断面を有する。更に、キ
ーウエイ２０は、横方向にクラッディング層１２を貫通
し、クラッディング層１４を部分的に貫通する。クラッ
ディング層１４の残りの部分２３は、キーウエイ嵌合部
２２のための停止部を形成する。キーウエイ２０の形成
は、クラッディング層１２および１４と共に成形した
り、切削する(milling)などを含む種々の方法で行なう
ことができるが、これらには限定されないことは、当然
理解されよう。この具体的実施例では、精度および利便
性のために成形（mold）でキーウエイ２０を形成する。
【００１７】キーウエイ２０の表面２４には、複数の光
入出力２５が形成されている。各入出力２５は、実際に
は１つのコア１５の研磨された端部である。キーウエイ
嵌合部２２は、複数の光ファイバを有する。本実施例で
は、これらの光ファイバはファイバ・リボン２６の形状
を取っており、その中に成形されている。この具体的実
施例では、ファイバ・リボン２６内の複数の光ファイバ
は、キーウエイ嵌合部２２を完全に貫通すると共に、各
光ファイバの一端がキーウエイ嵌合部２２の表面２７に
存在するように、キーウエイ嵌合部２２内に配置され
る。キーウエイ嵌合部２２の表面２７は、キーウエイ嵌
合部２２がキーウエイ２０内で嵌合(mated)されている
時は、キーウエイ２０の表面２４と平行で、かつ当接係
合状態にある。更に、ファイバ・リボン２６は、キーウ
エイ嵌合部２２がキーウエイ２０内で嵌合されている
時、各光ファイバの前記一端が、１つの入出力２５と光
学的に連通状態となるように、位置づけられる。
【００１８】一般的に、コア１５は、ファイバ・リボン
２６内の光ファイバのコアとほぼ同一外径で形成され
る。しかしながら、成形された導波管の一部がキーウエ
イ嵌合部２２においてファイバ・リボン２６と一緒に用
いられるような実施例では、導波管１５と嵌合側導波管
を、光入出力２５に隣接する部分でわずかにテーパ状に
して、整合を容易にする。このテーパ形状の効果は、基
板１１内の導波管の構造およびキーウエイ嵌合部２２の
構造において用いられた成形技術によって、容易に組み
込まれる。一例として、光入力が外側に広がり(tapere
d)、嵌合する光ファイバまたは光出力よりわずかに大き
くなるようにし、出力からの光が、光バケット(light b
ucket)と呼ばれる、やや大きめな導波管に送出されるよ
うにする。光出力は、断熱勾配(adiabatic tapering)に
よって、やや小さくなるように勾配がかけられる。この
勾配の結果、整合および製造許容度が大幅に緩和され、
したがってコスト等が低減される。
【００１９】キーウエイ２０、およびキーウエイ嵌合部
２２には、この具体的実施例ではありつぎ状断面が形成
されているが、これらを当接係合状態に保持し、入出力
２５とファイバ・リボン２６との間の光連通路を整合す
るような形状の表面２４および２７でも、適宜使用する
できることは理解されよう。特に、キーウエイ２０およ
び／またはキーウエイ嵌合部２２は、当該部分２２の移
動をキーウエイ２０に案内する、一対の案内レールを備
えている。図１の実施例のありつぎ状断面では、テーパ
状の長手方向縁３０が案内レールを形成し、これが部分
２２を第１方向に整合する。案内レールは、矩形、半
円、テーパ状、またはこれらのいずれかの組み合わせの
ような断面を有することもできる。
【００２０】軸方向整合装置、図１の実施例におけるク
ラッディング層１４の一部２３を利用して、正確な嵌合
位置が得られた時に部分２２のキーウエイ２０への移動
を停止する。この具体的実施例では、軸方向整合装置
は、部分２２の下端に形成された停止部または肩部であ
る。軸方向整合装置は、適当な停止部、戻り止め(deten
t)、ばね負荷型締結具のいずれか、またはそれらの組み
合わせとすることができることは、もちろん理解されよ
う。更に、ほとんどの用途では、部分２２を保持する軸
方向整合装置を、一旦その位置決めが行われたら、嵌合
位置に固定的に組み込むことが好ましい。このようにし
て、一旦部分２２がキーウエイ２０と嵌合状に係合され
たなら、表面２７を表面２４と直交する２方向において
整合し、入出力２５とファイバ・リボン２６との間の光
学的連通が完了する。
【００２１】多くの用途では、キーウエイ２０またはキ
ーウエイ嵌合部２２のいずれかに、ある形状の瞬間解放
機構を設け、キーウエイ嵌合部２２をキーウエイ２０か
ら分離させる方向に働く所定の大きさの力がファイバ・
リボンに加えられた時に、キーウエイ嵌合部２２をキー
ウエイ２０との係合から解放可能にすることが好まし
い。この瞬間解放機構は、単に、キーウエイ２０および
キーウエイ嵌合部２２のいずれかまたは双方に、変形可
能な縁部（ありつぎ状断面のくさび状部分）を設けるの
みでもよい。この変形可能縁部は、切断が強要された後
通常の形状に戻る柔軟特性を有する、変形可能なポリマ
で形成する。他の実施例では、簡単なばね負荷型戻り止
めによって所望の瞬間解放動作を行ってもよい。
【００２２】導波管が成形された基板の第２のタイプを
図２および図３に示す。図２は、コア領域４０の拡大斜
視図であり、第１成形ステップで成形された端部の外形
を図示する。コア領域４０が鋳型から取り外されたとこ
ろであり、各々別個の光コア４３−４８と支持構造が示
されている。光コア４３の端部４９は、構造５０を支持
するための端部４９の直接接続状態を示す。この特定例
では、光コア４３および支持構造４９は、両方とも矩形
形状に作られているので、端部４９は直角に支持構造５
０に接続する。他の光コア４４−４８の各々の端部は、
当該端部を作るための種々の外形を例示している。より
具体的には、端部のあるものには、当該端部に陥凹され
た溝５１が形成されている。溝５１の形成によって、十
分な量の材料が除去されているので、端部のそれぞれコ
ア４４および４５からの分離(cleaving)または取り外し
(breaking off)がし易くなる。加えて、残りの端部は、
それらに代わる形状で作成されており、端部の光コア４
６，４７，４８からの取り外しを容易にするように、そ
れらには細い端部が成形されている。しかしながら、分
離を容易にする形状のわずか２つの具体例のみを先に記
載したが、これらの例が全てを含むことを意図している
のではなく、他の方法を用いて端部の光コア４３−４８
からの分離即ち取り外しを容易にすることも可能である
ことに、注意されたい。
【００２３】コア領域４０は、光コア部分４４および４
５を具体的に参照することによって、この技術において
種々の光コア形状を成形できるという潜在的可能性を例
示するものである。光コア４４および４５には、Ｙ状分
割すなわち分岐が形成されているので、光（図示せず）
を複数部分に分割することができる。光コア４４および
４５は各々１つの分岐しか示していないが、多数の分岐
も形成可能であるので、ツリー状構造を形成し、光を多
数回分割および／または混合することができる。
【００２４】図３は、成形された導波管を単純化し、１
つのクラッディング領域６１のみを示す拡大斜視図であ
る。図３において、キーウエイは、具体的な成形技術を
例示し説明するのに便利なように、破線で描かれてい
る。一般的に、硬化プロセスの終了時等に、導波管６０
および光コアの端部を含む対応する支持構造５０は、鋳
型から取り出される。典型的に、支持構造５０および対
応する端部の導波管６０からの除去は、分離(cleavin
g)、破断(breaking)、のこ引き(sawing)等いずれかの適
切な手段で行われる。支持構造５０および対応する端部
の除去は、上述のような端部形状によって、更に容易に
することもできる。本実施例では、支持構造５０および
対応する端部の除去は、表面６５を横切って切断するの
に用いられるのこ引きまたは分離装置によって行われ、
これによって透明で平滑な表面を有する光コア４３−４
８の端部６６が後に残る。分離装置は、典型的に、ロボ
ット・アーム等のような自動装置であることも、明白で
あろう。
【００２５】ある特定用途では、光コア４３−４８の端
部６６を、光学的に平滑な表面となるまで研磨しなけれ
ばならない場合もある。光コア端部６６の研磨は、典型
的に、湿式研磨ホイール(wet polishing wheel)または
乾式研磨ホイールのいずれかによって行われる。研磨プ
ロセスは、物理的プロセス、化学的プロセス、または物
理的および化学的プロセスの双方の組み合わせとするこ
とができる。例えば、パッド（図示せず）にスラリー
（slurry）状混合物（図示せず）を含むホイールで光コ
ア端部６６を押圧し、そのホイールの回転運動、一方側
から他方側への運動、または振動運動、或いはこれらの
組み合わせ運動を行うことによって、機械的および化学
的に光コア端部６６を研磨する。
【００２６】この種の光導波管の成形についての更なる
詳細は、本願と同一譲受人に譲渡された、「MOLDED WAV
EGUIDE WITH A UNITARY CLADDING REGION AND METHOD O
F MAKING」と題され、１９９３年２月１９日に出願され
た、係属中の特許出願番号第０８／０１９，７３１号に
開示されている。
【００２７】図４を参照すると、本発明による、光ファ
イバを電子回路に結合するための光／電気インターフェ
ース７０が示されている。インターフェース７０は、一
対のキーウエイ７２および７３が形成されている基板７
１を含む。各キーウエイ７２および７３は、図１または
図３に関連して説明したように、それぞれそれに対応す
る複数の光導波管７４を有する（大体の位置が破線で示
されている）。光導波管７４および７５は、基板７１を
横切って、それぞれ基板７１の前縁にあるキーウエイ７
２および７３の背面から基板７１の後縁まで延在する。
アレイ７６および７７が、基板７１の後縁に取り付けら
れており、整合された光導波管に光を導入するための光
発生器および／または整合された光導波管からの光を受
ける光検出器を含む。アレイ７６および７７への電気的
接続は、それぞれリード７８および８９によって行われ
る（大体の位置が実線で示されている）。リード７８お
よび７９は、基板７１内に成形されており、基板７１を
通過してその横断方向縁(transverse edges)に達し、そ
こで外部接続パッド８０および８１にそれぞれ接続され
る。
【００２８】摺動可能にキーウエイ７２および７３を係
合するように、一対のキーウエイ嵌合部８５および８６
がそれぞれ設計されている。各例において(instance)、
キーウエイおよびキーウエイ嵌合部の一方は、全体的に
ありつぎ状断面を呈する部分を有し、キーウエイおよび
キーウエイ嵌合部の他方は全体的にありつぎ状断面の開
口を有する。この具体的実施例では、キーウエイ７２お
よび７３はありつぎ状開口を有し、キーウエイ嵌合部８
５および８６には各々全体的にありつぎ状の断面が形成
されている。各キーウエイおよびキーウエイ嵌合部は、
それらと連動する軸方向整合装置をする。これは縁部ま
たは外側に広がった停止部のようなものであり、キーウ
エイ嵌合部８５および８６のキーウエイ７２および７３
内での移動を制限するものである。図４に示すように、
例えば、プラスチック製のスプリング・クリップ８７が
基板７１の上面に取り付けられており、キーウエイ７３
の係合位置を横切って延在している。同様のクリップを
キーウエイ７２と連動するように設けることも可能であ
る。スプリング・クリップ８７は、横方向に移動しキー
ウエイ嵌合部８６が摺動しキーウエイ７９に係合できる
ように設計されており、キーウエイ７３の下面に隣接す
る縁部即ち停止部がキーウエイ嵌合部８６の移動を制限
する。一旦キーウエイ嵌合部８６が適切にキーウエイ７
３に係合されたなら、スプリング・クリップ８７は図示
の位置に戻され、キーウエイ嵌合部８６は係合位置に堅
固に締結される。
【００２９】具体的に図５を参照すると、図４の基板７
１の部分断面図が示されている。図６は、図５の線６−
６から見た部分断面図であり、図７は基板７１の同一部
分を、分解図で示されたアレイ７６と共に示す斜視図で
ある。図５、図６および図７は、成形された電気的接続
部をより詳細に示すために用意されたものである。前記
複数の光導波管は、第１クラッディング層９２および第
２クラッディング層９４を含み、概略的に上述したよう
に、光コア７４はそれらの間に配置される。加えて、第
２クラッディング層９４はその下面に、グラウンド面即
ちグラウンド導体９６が取り付けられている。また、複
数の導電体７８、本実施例では各コア７４に対して１本
の導電体が、第１クラッディング層９２内に成形されて
いる。導電体７８は、例えば、可撓性リードフレームの
形状で設けられる。このリードフレームは半導体技術で
は公知なものである。グラウンド導体９６および導体７
８は、銅、アルミニウム、金、銀、またはそれらの組み
合わせ等、適当な導電材料のいずれかで形成される。
【００３０】特に図６および図７において見られるよう
に、導電体７８は、第１クラッディング層９２内に成形
されており、各々基板７１の端部１０５において電気的
にアクセス可能な接点１０２を形成する第１端部を有す
る。導体７８は第１クラッディング層９２の塊体内を貫
通し、位置１０７においてほぼ９０度の折り曲げ角で曲
折されて、各導体７８の部分１０８が第１クラッディン
グ層９２の上面に表われるので、ここで外部導体との接
続が可能となっている。第１クラッディング層９２の上
面における部分１０８の位置は、特定用途および形成さ
れる外部の電気的接続の位置およびタイプによって異な
る。
【００３１】グラウンド導体９６は、銅、アルミニウ
ム、金、銀等のような導電材料の層である。グラウンド
層９６をクラッディング層９４内に、またはこれと共に
成形することができ、或いはクラッディング層の形成後
に、その上に付着成形してもよい。更に、この具体的実
施例ではグラウンド導体９６をグラウンド面と呼んでい
るが、用途によってはグラウンド導体９６を第２クラッ
ディング層９４内に成形することや、導電体７８に類似
した複数の個別導体を含んでもよいことは、当業者であ
れば理解できよう。いずれの場合でも、グラウンド導体
９６は、一般的に、第２クラッディング層９４の端部１
１０に配置された、外部にアクセス可能な電気接点１０
９を含んでおり、前記端部１１０は第１クラッディング
層９２の端部１０５を含む面に存在し、双方で基板７１
の第１端部１１１を規定する。また、グラウンド導体９
６は、一般的に、第２クラッディング層９４の外面に存
在する、外部にアクセス可能な電気的部分１１２を含ん
でいる。
【００３２】図６および図７を参照すると、光アレイ７
６が基板７１の第１端部に取り付けられたものとして図
示されている。この光アレイ７６は、少なくとも１つの
光素子を含む。この具体的実施例では、光アレイは５つ
の光素子１１５を含んでいる。光素子１１５は、光検出
ダイオード、発光ダイオード、垂直空胴面射出レーザve
rtical cavity surface emitting lasers)、他の公知の
レーザのいずれか、電界放出素子等のような、光を検出
または発生する、当技術では公知の素子のいずれか、ま
たはそれらの組み合わせとすることができる。各光素子
１１５は、光入出力１１６を含み、光アレイ７６の表面
１１７に配置されている。光入出力１１６の各々は、コ
ア７４の異なる１つと整合されているので、整合された
コア７４を移動する光が光素子１１５の入出力１１６に
入射するように、或いは光素子１１５によって発生され
た光が入出力１１６から放出され、整合されたコア７４
に入射し、それによって対向端まで伝導されるようにな
っている。
【００３３】各光素子１１５は、光アレイ７６の表面１
１７に配置された、一対の離間された電気端子を有して
おり、これら端子の一方が整合されたコア７４に隣接す
るまたは対応する接点１０２に接続されると共に、他方
の端子がグラウンド導体９６の接点１０９に接続される
ようになっている。各光素子１１５の電気端子は、導電
性エポキシ、はんだ、はんだペースト、金、インジウム
等を用いた、溶接、リフロウ可能な接続、またはバンプ
によって、位置１１８および１１９（図６参照）におい
て、整合されたコア７４に隣接するまたは対応する接点
１０２および１０９に接続される。一般的に、導電体７
８はクラッディング層９２内に成形され、グラウンド導
体９６はクラッディング層９４の表面に成形または付着
されるので、接点１０２および１０９の位置決めは十分
正確であり、単に各光素子１１５の一つの端子を接点１
０２および１０９に取り付けるのみで、光入出力１１６
のコア７４への良好な整合が可能である。この取り付け
は、手作業で或いは組み立て用に現在入手可能なロボッ
トのいずれかを用いて、行うことができる。
【００３４】一旦光アレイ７６を物理的および電気的に
基板７１に取り付けたなら、組立体全体を、例えば、印
刷回路基板上に表面実装したり、或いは半導体チップ等
と共にハイブリッド・パッケージ内に含ませることもで
きる。具体的に図８を参照すると、一対の光電インター
フェース１２１が取り付けられ、複数の半導体チップお
よび／またはハイブリッド・パッケージを有する、印刷
回路基板１２０が図示されている。チップおよびパッケ
ージ１２２への電気的接続は、Ｊ−リード、表面実装、
スルーホール等のような、通常の方法のいずれかによっ
て行われる。インターフェース１２１からの電気的接続
は、同様の方法を利用して行われ、印刷回路基板１２０
等の上に、外部にアクセス可能な部分１０８と接点との
間のワイヤ・ボンディング、またはポンディング・パッ
ド８０のような接続部を含むことがある。通常、グラウ
ンド導体９６への単一接点によって、全ての光素子１１
５の対向側への接続が可能となっている。
【００３５】この種の光導波管の成形についての更なる
詳細は、本願と同一譲受人に譲渡された係属中の特許出
願、「OPTICAL WAVEGUIDE WITH CONTACTS UTILIZING LE
ADFRAMES」と題され、１９９２年７月２７日に出願され
た、連番第０８／９２０，０７３号に開示されている。
【００３６】図９を具体的に参照すると、説明のために
単純化したＩ／Ｏノード１２５が図示されている。Ｉ／
Ｏノード１２５は、光導波管１２６を含む。これは、図
１および図３に関連して説明した方法、またはその他の
方法のいずれかにしたがって、形成することができる。
ここでは説明のために、第１クラッディング層１２７の
成形時にその中にチャンネルを作り、続いてそのチャン
ネルに光学的に透明な物質１２８を充填してコアを形成
することによって、導波管１２６を構成したものとす
る。光導波管１２６の上面の少なくとも一部は露出さ
れ、透過性ホログラフ物質の層１２９がその上に取り付
けられる。ホログラフ層１２９は、それぞれほぼ平行で
離間された第１および第２光入出力面１３０および１３
１を有し、第１光入出力表面１３０は光導波管１２６の
露出面上を覆う配置関係で取り付けられる。ホログラフ
層１２９には、第１および第２の複数の格子１３５およ
び１３６がそれぞれ形成されており、それらの格子は第
１および第２光入出力面１３０および１３１間の大部分
にわたって延在する。格子１３５および１３６の位置決
めは、ホログラフ層１２９の第１および第２光入出力面
１３０および１３１とある角度をなし、第２光入出力面
１３１に入射しそれに実質的に垂直な光線１３７が屈折
して、角度「ａ」で光導波管１２６に入るようにする。
角度「ａ」は、光導波管１２６の横断方向軸１３８と共
に形成され、光導波管１２６の臨界角よりも大きい。図
９の例では、格子１３５および１３６は反対方向に延在
し、光線１３７が両方向から光導波管１２６に入射され
るようになっている。
【００３７】図１０は、本発明にしたがって構成され
た、ノード１４０を利用する装置を含む、光チャンネル
導波管におけるＩ／Ｏノード１４０を概略的に示すもの
である。ノード１４０は、光チャンネル導波管１４２を
含む。これは、上述の方法、または他の方法のいずれか
で形成できるものである。この実施例では、導波管１４
２はコアを形成する光学的に透明な物質１４４を充填さ
れた、成形第１クラッディング層１４３を含むものとす
る。透過性ホログラフ物質層１４５が、導波管１４２の
上面を覆う配置関係で取り付けられる。この層１４５の
透過性ホログラフ物質は、例えば、OmniDex, film 600
または film 610という商標でDuPont De Nemours, Inc.
から購入可能なフォトポリマ記録フィルムの１種、二
色性ゼラチン(dichromated gelatin、一般的にＤＣＧと
して知られている)の層から成るものとすることができ
る。また、幾分異なる実施例では、ブレーズ誘電体格子
(blazed dielectric grating)を用いることもできる。
層１４５は、第１領域１４６を有し、そこには２つの複
数の格子が形成され、導波管１４２の露出領域を覆って
いる。領域１４６内の格子は、図９のノード１２５に関
して説明したように形成されるので、その上面に方向付
けられた光線は、両方向から導波管１４２に入射され
る。
【００３８】第２領域１４７には格子が形成され、導波
管１４２（光学的透明材料１４４内）に沿って移動する
光線のある部分が屈折して導波管１４２から外れるよう
になっている。導波管１４２から外れるように屈折する
光量は、導波管１４２内の全ての光の内わずかな量に過
ぎないことは、非常に重要である。光学的透明物質層１
５０が、ホログラフ層１４５上に覆い被さる配置関係で
付着される。層１５０は、電子構成物およびそれへの電
気的接続部に対して基板として作用する。用途によって
は、電子構成物を直接ホログラフ層１４５に実装するこ
とが可能なものもあるが、実装プロセス中に発生する熱
またはその他の腐食がホログラフ層１４５を破損し、動
作効率を低下させる可能性がある。
【００３９】この具体的実施例では、光発生器１５１が
層１５０の上面に取り付けられており、発生された光を
層１５０を介して領域１４６に実質的に垂直に方向付け
るようにしてある。光発生器１５１によって発生された
光のほぼ全てが、導波管１４２のコアに導入される。光
発生器１５１は、垂直空胴表面射出レーザ、発光ダイオ
ード等のような公知の電子素子のいずれかである。光検
出器１５２が、領域１４７からの光を受けるように、層
１５０の上面に取り付けられている。領域１４７は全体
的に、領域１４６のタイプの格子上に重ねられたフレネ
ルレンズの形状に形成されているので、導波管１４２の
コアから放たれた光は、実質的に光検出器１５２の光入
力上で合焦する。このように、光発生器１５１によって
発生された光は、導波管１４２に入射され、その中を両
方向に移動し（または、望ましければ、一方向の実施例
を用いてもよい）、そして導波管１４２のコア内を移動
する光のサンプルが、領域１４７を通って射出し、光検
出器１５２上で合焦される。このように、Ｉ／Ｏノード
１４０は比較的効率的な光入力ノードであり、少量の光
サンプルしか除去されないので、電気的バスにおける高
インピーダンス出力ノードと同様に動作する。
【００４０】ある特定実施例では、光発生器１５１と光
検出器１５２とを、バンプはんだ、金バンピング、導電
性エポキシ、または他の適当な手段によって、層１５０
上に取り付け、外部との電気的接続が得られるようにす
る。次に、ポリマ接着剤のような適当な手段によって、
層１５０を層１４５に付着する。層１５０は、半導体産
業において利用されている公知技術のいずれかによっ
て、層１４５上に適切に方向付けすることができる。光
発生器１５１および光検出器１５２を、それぞれ領域１
４６および領域１４７に関連付けて、互いに隣接して図
示してあるが、特定実施例では、これら電子構成物およ
び対応する領域の一方または他方のみを利用すればよい
こと、複数のこれら電子構成物および対応する領域のい
ずれかまはた両方を用いることができること、および／
またはこれら電子構成物および対応する領域を、所定量
の空間だけ分離してもよいことは、当業者であれば理解
できよう。
【００４１】図１１および図１２を参照すると、本発明
にしたがって形成された、複数のＩ／Ｏノードおよび関
連する装置を組み込んだ光バス１５５の実施例が、上面
図および側面図でそれぞれ示されている。バス１５５
は、成形された第１クラッディング層１５６上に形成さ
れ、光学的に透明な物質を充填された複数のチャンネル
を含んでおり、複数の光チャンネル導波管１５７を形成
する。この図では簡略化のために、５本の光チャンネル
導波管１５７のみが用いられているが、８本（８ビット
・デジタル信号のための）のような、いかなる適当な本
数でも使用可能であることは理解されよう。ホログラフ
物質層１５８（図１２参照）が、各導波管１５７の上面
の露出領域を覆うような配置関係で付着されている。ホ
ログラフ層１５８は、図１０に関連して述べたものと同
様に、その中に各導波管１５７に対応する格子を含んで
いる。
【００４２】光学的透明物質の第２基板または層１５９
の上面上には、複数の、即ち対をなすアレイ状の光発生
器１６１と光検出器１６２とが取り付けられている。光
発生器１６１および光検出器１６２の各々への電気的接
続部１６３は、金属付着、可撓性リードの埋め込み等、
適当な手段のいずれかによって、光学的透明物質内に形
成される。この特定実施例では、接続部１６３は透明物
質１５９の一方の縁部まで延在し、各対は外部接続パッ
ド１６４に達している。先に説明したように、実装およ
び電気的接続が全て完了した後、光発生器１６１と光検
出器１６２とを適切な格子上で正しく位置付けられるよ
うに、層１５９を層１５８の上面に付着する。このよう
に、光バス１５５に対応するＩ／Ｏノードは、複数の導
波管１５７に対して、光−電気端子および電気−光端子
を形成するのである。光は導波管１５７のいずれ一方向
或いは両方向から、入射し射出する(pick off)ことがで
きるので、前記端子は導波管１５７に沿った場所であれ
ばどこにでも配置することができる。
【００４３】成形された第１クラッディング層１５６
は、一方向に、導波管１５７を越えて外側に延在し、キ
ーウエイ１６５がその中に形成される。キーウエイ１６
５は、全体的にありつぎ形状の開口として描かれている
が、先に説明したように、他の形状等を用いることも可
能であることは理解されよう。図示しないキーウエイ嵌
合部が摺動可能にキーウエイ１６５に係合するように適
合され、ファイバ・リボン等のような複数の光ファイバ
との光学的連通が得られる。ある用途では、キーウエイ
１６５に類似した第２キーウエイを、クラッディング層
１５６の対向端に設けて、同一光信号を他の電子基板に
結合することが可能であることも理解されよう。更に、
種々の電子構成物、即ち光発生器１６１および光検出器
１６２を、クラッディング層１５６の端部上にアレイ上
に取り付けることができると共に、図１２の簡略化した
形状に示すように、キーウエイを透明層１５９の一部と
して、頂部に形成可能であることも理解されよう。
【００４４】この種のＩ／Ｏノードの製造についての更
なる詳細は、「METHOD OF MANUFACTURING I/O NODE IN
AN OPTICAL CHANNEL WAVEGUIDE AND APPARATUS FOR UTI
LIZING」と題され、１９９２年１２月２１日付の係属中
の特許出願番号第０７／９９４，２３５号に開示されて
いる。
【００４５】図１３および図１４を参照すると、インタ
ーフェース１７０の他の実施例が開示されている。この
具体的実施例では、キーウエイ１７５が基板１７６の端
部に形成されている。図１の構造に関連して説明した嵌
合と同様に、キーウエイ嵌合部１８０がキーウエイ１７
５と嵌合するが、摺動動作が基板１７６の主面と平行で
あることが異なる。また、基板１７６に形成されたキー
ウエイ１７５は、潜頭キーウエイ(blind keyway)であ
り、軸方向整合装置がそれと一体形成されている。ほと
んどの用途では、光入出力をキーウエイ１７５の潜頭端
部に位置付けるのが望ましいであろうが、ある特定の用
途では、光入出力をキーウエイの テーパ状側面、或い
はキーウエイの下面内に配してもよく、またある用途で
は、これらの位置を組み合わせて使用することもでき
る。光入出力がブラインド端部以外のいずれかの側面に
配される時、図９−１２で開示したような構造を使用す
ると都合がよいことがある。またこの実施例では、複数
の光ファイバ１８１がキーウエイ嵌合部１８０内に成形
され、その長さにわたって延在する。
【００４６】この実施例では、押圧持ち上げ締結機構(p
ress to lift locking mechanism)１８５を用いて、キ
ーウエイ嵌合部１８０をキーウエイ１７５に固定的に係
合保持している。機構１８５は、プラスチックばね部材
１８８によって基板１７６に取り付けられるハンドル１
８６を含む。ばね部材１８８は、図１３および図１４に
示す上方向位置に、ハンドル１８６を保持する。プラス
チックのＬ字状またはフック型部分１９０がハンドル１
８６から延在し、キーウエイ嵌合部１８０がキーウエイ
１７５と完全に係合される位置にある時、キーウエイ嵌
合部１８０の後縁に係合する。基板１７６の上面に向か
ってハンドル１８６を押圧するようにハンドル１８６を
押すと、フック状部分１９０が持ち上がり、キーウエイ
嵌合部１８０を解放するので、キーウエイ嵌合部１８０
をキーウエイ１７５との係合から解除することができ
る。この締結機構１８５の具体的実施例は、射出成形(i
njection molding)等のような、適当なプラスチック成
形方法によって、単一片として形成することができるこ
とに注意されたい。加えて、キーウエイ嵌合部１８０の
後縁およびフック状部分１９０の一方または両方の角度
を単に調整することによって、瞬間解放装置をこの締結
機構に組み込むこともできる。
【００４７】以上のように、光ファイバを電子回路に結
合するための、新規で改良されたインターフェースが開
示された。開示された新規で改良されたインターフェー
スは、光ファイバと電子回路との間で、素早くかつ簡単
な接続および切断を可能とするものである。更に、この
新規で改良されたインターフェースは、比較的簡単で、
しかも安価に製造できる。また、種々の異なる形状を開
示したが、その他のものも可能である。加えて、前記種
々の電気的および光学的インターフェースは、比較的安
価な締結機構を含み、それらのほとんどは、機器落下の
場合のように、過度な力が光ファイバに加わった場合
に、素早く解放できるように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具現化した光インターフェースを、一
部切除して示した斜視図。
【図２】第２成形光導波管用のコアの斜視図。
【図３】図２に示されたコアがクラッディング領域に形
成された様子を示す斜視図。
【図４】本発明による光ファイバを電子回路に結合する
ためのインターフェースの上面図。
【図５】図４に示したインターフェースの一部の断面分
解図。
【図６】図４に示したインターフェースの一部の断面分
解図。
【図７】図４に示したインターフェースの一部の断面分
解図。
【図８】電子回路と共に用いられる、図４に示したもの
と類似のインターフェースの斜視図。
【図９】説明のために簡素化された、光導波管用の双方
向Ｉ／Ｏノードを示す図。
【図１０】前記ノードを利用する装置を含む、光チャン
ネル導波管内におけるＩ／Ｏノードを概略的に示す図。
【図１１】複数のノードと、図１０に示した装置に類似
した前記ノードを利用する装置とを示す上面図。
【図１２】種々の構成物の異なる配置を例示する、図１
１に示したものと類似する構造の側面図。
【図１３】他の光導波管と光接続器とを示す斜視図。
【図１４】図１３に示した光接続器の側面図。
【符号の説明】
１０．．．光インターフェース １１．．．基板 １２．．．第１クラッディング層１２ １４．．．第２クラッディング層１４ １５．．．コア ２０．．．キーウエイ ２２．．．キーウエイ嵌合部 ２５．．．入出力 ２６．．．ファイバ・リボン １４６，１４７．．．回折格子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光ファイバを電子回路に結合するためのイ
    ンターフェースであって：キーウエイ（２０）と、それ
    に対応する軸方向整合手段（２３）を有する案内レール
    （３０）とを有する基板（１１）；前記基板内に成形さ
    れる複数の光導波管（１５）であって、各々前記キーウ
    エイの第１表面（２４）内に配置された光入出力（２
    ５）を有する、前記導波管；前記キーウエイ案内レール
    と軸方向整合手段とを摺動可能に係合するキーウェイ嵌
    合部（２２）であって、直交する２方向において前記嵌
    合部の少なくとも一方の表面（２７）を、前記キーウエ
    イの第１表面と整合させる、キーウエイ嵌合部（２
    ２）；および各々一方の端部が前記キーウエイ嵌合部に
    取り付けられた、複数の光ファイバ（２６）であって、
    前記複数のファイバの前記一方の端部は夫々、前記嵌合
    部が摺動可能にキーウエイ内に係合された時、前記第１
    表面に配置された前記入出力の１つと整合するように配
    置されている、前記複数の光ファイバ、から成ることを
    特徴とするインターフェース。
  2. 【請求項２】光ファイバを電子回路に結合するためのイ
    ンターフェースであって：キーウエイ（１６５）が内部
    に形成され、それに対応する軸方向整合手段（２３）を
    有する案内レール（３０）を有し、複数の光導波管（１
    ５７）を内部に成形された基板（１５６）であって、各
    導波管は、前記キーウエイの第１表面（２４）に配置さ
    れた光入出力（２５）を有し、前記光導波管は各々、第
    １屈折率を有する成形クラッディング層（１２）とその
    内部に形成されたチャンネルとを含み、前記第１屈折率
    より少なくとも０．０１大きい第２屈折率を有する光学
    的に透明な物質（１５）が前記クラッディング層のチャ
    ンネル内に配置されて、臨界内部反射角を有する光チャ
    ンネル導波管（１５７）を形成し、前記光チャンネル導
    波管は露出面を有する、前記基板（１５６）；第１およ
    び第２の実質的に平行で離間された光入出力表面（１３
    ０，１３１）を有する透過性ホログラフ層（１２９）で
    あって、前記ホログラフ層の第１および第２光入出力表
    面間の大部分に延在するように、内部に複数の格子（１
    ３５，１３６）が形成されており、前記第１光入出力表
    面（１３０）は前記光チャンネル導波管の各々の露出面
    に、覆い被さる配置関係で取り付けられた、前記ホログ
    ラフ層（１２９）；前記ホログラフ層の第１および第２
    光入出力表面とある角度をなすように配置された複数の
    格子であって、前記ホログラフ層の第２光入出力面（１
    ３１）に入射する光線およびそれと実質的に垂直な光線
    が、前記格子によって回折されて、前記光チャンネル導
    波管の横断方向軸(transverse axis)との角度（ａ）
    が、前記光チャンネル導波管の臨界角より大きい角度
    で、前記光導波管に入射するように構成された、前記複
    数の格子；および前記キーウエイ案内レールと軸方向整
    合手段とを摺動可能に係合するように形成されたキーウ
    エイ嵌合部（２２）であって、直交する２方向において
    前記嵌合部の少なくとも一方の表面（２７）を前記キー
    ウエイの第１表面（２４）と整合し、内部に複数の光フ
    ァイバ（２６）が形成されており、前記複数の光ファイ
    バの各々の一端は、前記嵌合部が摺動可能に前記キーウ
    エイ内に係合した時、前記第１表面内に配置された入出
    力の１つと整合されるように配置される、前記キーウエ
    イ嵌合部、から成ることを特徴とするインターフェー
    ス。
  3. 【請求項３】光ファイバを電子回路に結合するためのイ
    ンターフェースであって：内部にキーウエイ（２０）が
    形成された基板（１１）であって、それに対応する軸方
    向整合手段（２３）を有する案内レール（３０）と、前
    記基板内に成形された複数の光導波管（１５）とを有
    し、各導波管は、前記キーウエイの第１表面（２４）内
    に配置された光入出力（２５）を有し、前記光導波管は
    各々、第１屈折率を有する成形クラッディング層（１
    ２）と内部に形成されたチャンネルとを有し、前記第１
    屈折率より少なくとも０．０１大きい第２屈折率を有す
    る光学的透明物質（１５）が前記クラッディング層のチ
    ャンネルに配置されて、光チャンネル導波管（１５）を
    形成し、前記光チャンネル導波管の各々は露出面を有す
    る、前記基板（１１）；第１および第２の実質的に平行
    で離間された光入出力表面（１３０，１３１）を有する
    ホログラフ層（１２９）であって、前記第１光入出力表
    面（１３０）は、前記光チャンネル導波管の各々の露出
    面に、覆い被さる配置関係で取り付けられており、前記
    光チャンネル導波管の少なくとも１つ内部からの光線を
    所定の外部スポット上に合焦させるように配置されたホ
    ログラフ用レンズ（１４７）を含む、前記ホログラフ層
    （１２９）；および前記キーウエイ案内レールと軸方向
    整合手段とを摺動可能に係合するように形成されたキー
    ウエイ嵌合部（２２）であって、直交する２方向におい
    て前記嵌合手段の少なくとも一方の表面（２７）を前記
    キーウエイの第１表面（２４）と整合し、内部に複数の
    光ファイバ（２６）を含んでおり、該複数の光ファイバ
    の各々の一端は、前記嵌合部が摺動可能に前記キーウエ
    イ内に係合された時、前記第１表面に配置された前記入
    出力の１つと整合するように配置された、前記キーウエ
    イ嵌合部（２２）、から成ることを特徴とするインター
    フェース。
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