JPH09510835A - パッケージ内に設けられた光電子トランスミッタおよびレシーバを利用するホログラフィック光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光アイソレータ（１０）は、ホログラフィック素子（２２，２４，２６）を利用して、光（３４）のビームを光導波管（２０）を介して配向させることにより、光効率を向上させる。光電子トランスミッタ（１２）およびレシーバ（１６）は、ホログラフィック素子によって反射される光のビームと整合する導波管に接続される。トランスミッタおよびレシーバは、個別のリードフレーム部分（１４，１８）上に配置され、光アイソレータはパッケージ（３２）によって封入される。

Description

【発明の詳細な説明】 パッケージ内に設けられた光電子トランスミッタおよび レシーバを利用するホログラフィック光アイソレータ 発明の背景 本発明は、一般に、光デバイスに関し、さらに詳しくは、光電子トランスミッ タおよびレシーバの光結合に関する。 オプトアイソレータは、例えば、雑音分離を改善するため、あるいはユーザが 高電圧電源と接触することを防ぐために、電子回路の２つの部分を電気的に分離 することが望ましい場合に用いられる。一つの従来のオプトアイソレータは、電 気的に分離された半分のリードフレーム上に発光ダイオード（ＬＥＤ）および光 検出器を設け、ＬＥＤと光検出器とが共通面となるようにする。光透過材料は、 ＬＥＤおよび光検出器を取り囲み、この材料は光反射パッケージング材料によっ て取り囲まれるキャビティ内に配置される。ＬＥＤからの光は、キャビティの反 射壁から光検出器上に反射される。 この従来のオプトアイソレータの問題点は、光は、一般にキャビティの反射壁 の表面で何度か反射した後に、光検出器に入射することである。この迷光散乱（ stray light scattering）の結果、ＬＥＤからの光の大部分は光検出器 の活性表面に入射せず、オプトアイソレータの効率は大幅に低下する。従って、 ＬＥＤからの迷光散乱が大幅に低減され、オプトアイソレータの効率が改善され た、オプトアイソレータを設けることが望ましい。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明の一実施例による光アイソレータの断面図である。 図面の詳細な説明 簡潔には、本発明は、光電子トランスミッタから光電子レシーバに光信号を送 信する光アイソレータ（optical isolator）（本明細書では、オプトアイソレー タ（opto-isolator）ともいう）を提供する。トランスミッタおよびレシーバは 、リードフレームの個別の部分に配置され、平坦な光導波管がトランスミッタお よびレシーバに物理的に接続され、その間で光リンクを設ける。導波管は、その 上に配置された少なくとも一つのホログラフィック素子（holographic element ）を有し、導波管を介してトランスミッタからレシーバに光のビームを配向させ る。パッケージは、トランスミッタおよびレシーバを支持するリードフレームの 部分を少なくとも取り囲む。 本発明は、光アイソレータ１０の断面図を示す唯一の図面を参照して、さらに 詳しく説明できる。光電子トランスミッタ１２は、第１リードフレーム部分１４ に配置され、光電子レシーバ１６は第２リードフレーム部分１８に配置される。 平坦な光導波管２０は、トランスミッタ１２およびレシーバ１６の両方に配置さ れた底面３０を有する。ホログラフィック素子２２，２６は導波管２０の上面２ ８に配置され、ホログラフィック素子２４は導波管２０の底面３０に配置される 。ホログラフィック素子２２，２４，２６は、光３４のビームがトランスミッタ １２から送信され、ホログラフィック素子２２，２４，２６によって反射され、 レシーバ１６の活性領域によって検出されるように、お互い対して整合され、ま たトランスミッタ１２およびレシーバ１６に対しても整合される。パッケージ３ ２は、トランスミッタ１２，レシーバ１６，リードフレーム部分１４，１８，導 波管２０およびホログラフィック素子２２，２４，２６を封入する。 本発明に従って、第１リードフレーム部分１４および第２リードフレーム部分 １８は、実質的に共通面に配置される。好適な実施例では、これは、例えば、従 来のリードフレームなどの導電材料の共通シートから部分１４，１８を形成する ことによって達成される。あるいは、リードフレーム部分１４，１８は、個別の 金属シートから設けることができる。導電材料の共通シートを利用する利点は、 組 み立て中およびパッケージ３２の形成前に、トランスミッタ１２およびレシーバ １６を単一のリードフレームに接合できることである。これは、組み立てを簡単 にし、光アイソレータ１０の製造コストを節減する。 導波管２０は、例えば、プラスチックまたはガラスなど、一般に光透過性の絶 縁体であり、導波管２０は、リードフレーム部分１４およびリードフレーム部分 １８を電気的に分離でき、しかもトランスミッタ１２とレシーバ１６との間に信 号経路を提供するように設けられる。 ホログラフィック素子２２，２４，２６は、既知の処理方法を利用して従来の 材料から形成される。具体的には、各ホログラフィック素子は、好ましくは、約 １００ミクロン以下の厚さを有する感光性フィルム（またはホログラフィック材 料ともいう）で作られる。このフィルムは、例えば、２クロム酸ゼラチン，ハロ ゲン化銀ゼラチンまたはフォトポリマとして入手できる。フィルム乳剤（filｍ emulsion）は、好ましくは、導波管２０に塗布され、ついで従来のレーザ記録処 理に露出され、指向性反射特性を有するフィルムが得られる。あるいは、導波管 上２０に配置される間にフィルム乳剤を露出する代わりに、露出されないホログ ラフィック素子２２，２４，２６をマイラー（mｙlar）などの個別の光透過基板 （図示せず）上に配置してもよい。次に、素子２２，２４，２６は、従来のレー ザ処理に露出され、指向性反射特性を得る。この露出の次に、 素子２２，２４，２６は光透過基板から導波管２０に転写される。 当業者であれば、ホログラフィック素子２２，２４，２６，トランスミッタ１ ２およびレシーバ１６の相対的な位置は、ホログラフィック素子２２，２４，２ ６によって与えられるべき反射の角度を決定することが理解される。これらの反 射角度は、従来の方法を用いて決定され、また周知のように感光性ホログラフィ ック・フィルムのレーザ露光時に固定される。関連光用途におけるホログラフィ ック素子の利用に関する詳細については、米国特許第５，０６１，０２７号（１ ９９１年１０月２９日にF．Richardに発行された“Solder-Bump Attached Optic al Interconnect Structure Utilizing Holographic Elements and Method of M aking Saｍe”）および米国特許第５，１０１，４６０号（１９９２年３月３１ 日にF．Richardに発行された“Simultaneous Bidirectional Optical Interconn ect”）において説明され、これらの特許はともに参考として本明細書に含まれ る。 トランスミッタ１２，レシーバ１６およびホログラフィック素子２２，２４， ２６は、例えば、透明な接着剤を利用して、導波管２０に取り付けられる。トラ ンスミッタ１２は、ＬＥＤおよび半導体レーザ・ダイオードを含む多くの従来の 光トランスミッタのうちの任意のものでもよく、 レシーバ１６は、例えば、従来の光検出器など、一般に任意の光電性回路でもよ い。 トランスミッタ１２およびレシーバ１６からそれぞれのリードフレーム部分１ ４，１８への、ワイヤ・ボンディングなどの電気接続は、導波管２０を切断また はエッチングすることにより、必要に応じて導波管２０に開口部（図示せず）を 設けることによって行われる。あるいは、トランスミッタ１２またはレシーバ１ ６の端部を導波管２０のエッジ部を超えて伸ばすことができ、ワイヤ・ボンディ ングをこの露出端部に対して行うことができる。パッケージ３２は、好ましくは 、リードフレーム部分１４，１８，トランスミッタ１２，レシーバ１６，導波管 ２０およびホログラフィック素子２２，２４，２６を完全に封入する。パッケー ジ３２を形成するために用いられる材料は、例えば、プラスチックなどの従来の 成形材料である。このパッケージ３２による封入の利点は、光アイソレータ１０ が周辺光によって影響を受けないことである。従来の光アイソレータに対するア イソレータ１０の別の利点は、パッケージ３２を形成するために用いられる材料 は反射材料からなる必要がないことである。これは、光３４のビームがホログラ フィック素子２２，２４，２６によってのみ反射され、導波管２０とパッケージ ３２との間の界面からの光３４のビームの反射は必要ないためである。 光アイソレータ１０を組み立てるために用いられる製造 方法およびパッケージ３２の形成は、ともに従来のものである。パッケージ３２ は、好ましくは、電気的に分離する前に、リードフレーム部分１４，１８の周り に形成される。共通のリードフレームを利用する場合、リードフレーム部分１４ ，１８は、例えば、封入後の相互接続レール，ダム・バーおよびクロス・バーな どの共通リードフレームの不必要な部分を切除することにより、電気的に分離さ れる。 もちろん、パッケージ３２の物理的な寸法およびトランスミッタ１２とレシー バ１６との間の距離は特定の用途によって異なる。ただし、光アイソレータ１０ は、例えば、トランスミッタ１２およびレシーバ１６が約５ミリメートル以下の 距離によって離間される、小さな寸法を有することが望ましい。また、平坦な光 導波管２０の厚さはさまざまであるが、好ましくは、約３ミリメートル以下の厚 さを有する。 図面では単一の光電子レシーバ１６のみを示したが、他の実施例では、複数の レシーバ（図示せず）を単一の光電子トランスミッタ１２に光結合してもよい。 これは、例えば、ホログラフィック素子２６を利用して、光３４のビームを２つ またはそれ以上の光線に分割することによって達成される。このような実施例で は、各光線は、異なる光電子レシーバに入射するように反射される。例えば、第 ２レシーバ（図示せず）は、ホログラフィック素子２６から分割された第２光線 が入射するように、レシーバ１６に近接 したリードフレーム部分１８上で、かつ導波管２０の底面３０に接触して配置で きる。 上記の他に、本発明の別の実施例として、当業者であれば、３つのホログラフ ィック素子の代わりに単一のホログラフィック素子（図示せず）を利用できるこ とが理解される。これは、光３４のビームがトランスミッタ１２から導波管２０ を介して単一のホログラフィック素子に直接反射し、また導波管２０を介してレ シーバ１６に反射されるように、単一のホログラフィック素子を光導波管２０の 表面２８上に配置することによって達成される。この別の実施例では、単一のホ ログラフィック素子は、表面２８に配置され、またトランスミッタ１２とレシー バ１６との間に水平に配置される。一般に、この実施例は、上記の３つのホログ ラフィック素子を使用する場合に比べて、単一のホログラフィック素子について 異なる反射角度を必要とし、これらの角度は標準的な幾何学計算を利用して求め ることができる。上述のように単一のホログラフィック素子を利用することによ り、第１実施例で説明したように３つのホログラフィック素子を利用することに 比べて、より大きな光効率が光アイソレータ１０について得られる。 以上、光信号経路について反射キャビティ壁からの光散乱に依存しないので、 大幅に改善された効率を有する新規な光アイソレータについて説明したことが明 らかである。本発明の光電子トランスミッタによって送信される光は、 制御された反復可能な方法でホログラフィック・フィルムからの反射によって配 向される。一つの利点は、散乱による光損失が最小限なことである。また、本発 明の別の利点は、光電子トランスミッタおよびレシーバの両方を同一リードフレ ーム上で形成でき、よって製造上の複雑さおよびコストを低減できることである 。このように共通のリードフレームを利用できるので、光アイソレータを封入す るために従来の低コストのパッケージングを利用できる。 上記の説明では、本発明の一例としての方法および実施例を開示し、説明した に過ぎない。当業者に理解されるように、本発明は、本発明の精神または本質的 な特性から逸脱せずに、他の特定の形式で具現できる。例えば、整合および反射 角度を適切に変更することで、３つ以上のホログラフィック素子を利用できる。 よって、本発明の開示は、請求の範囲に規定する発明の範囲を表すものであって 、制限するものではない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハートン，オースチン アメリカ合衆国イリノイ州オーク・パー ク、ノース・ユークリッド・アベニュー 642

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光アイソレータであって： 電気的に分離され、かつ実質的に共通の面に配置された、第１リードフレーム 部分と第２リードフレーム部分； 前記第１リードフレーム部分に配置された光電子トランスミッタ； 前記第２リードフレーム部分に配置された第１光電子レシーバ； 上面および底面を有する平坦な光導波管であって、前記底面は前記トランスミ ッタおよび前記第１光電子レシーバ上に配置された、平坦な光導波管； 前記光導波管の前記上面上に配置され、かつ前記トランスミッタから発光され る光のビームが第１ホログラフィック素子によって前記光導波管内に反射される ように前記トランスミッタと整合された、第１ホログラフィック素子； 前記光導波管の前記底面上に配置され、かつ前記光のビームが第２ホログラフ ィック素子によって前記光導波管内に反射されるように前記第１ホログラフィッ ク素子に対して整合された、第２ホログラフィック素子； 前記光導波管の前記上面上に配置され、かつ前記光のビームが第３ホログラフ ィック素子によって前記第１光電子レシーバ上に反射されるように前記第２ホロ グラフィック素子および前記第１光電子レシーバに対して整合された、 第３ホログラフィック素子；および 少なくとも、前記第１リードフレーム部分，前記第２リードフレーム部分，前 記トランスミッタおよび前記第１光電子レシーバを封入するパッケージ； によって構成されることを特徴とする光アイソレータ。 ２．前記光導波管は、ガラスおよびプラスチックからなるグループから選択さ れることを特徴とする請求項１記載の光アイソレータ。 ３．前記パッケージは、成形材料から形成されることを特徴とする請求項１記 載の光アイソレータ。 ４．前記光電子トランスミッタは、発光ダイオードであることを特徴とする請 求項１記載の光アイソレータ。 ５．前記第１光電子レシーバは、光検出器であることを特徴とする請求項１記 載の光アイソレータ。 ６．前記第１リードフレーム部分および前記第２リードフレーム部分は、導電 材料の共通のシートから形成されることを特徴とする請求項１記載の光アイソレ ータ。 ７．前記第１ホログラフィック素子は、約１００ミクロン以下の厚さを有する ことを特徴とする請求項１記載の光アイソレータ。 ８．前記光電子トランスミッタおよび前記第１光電子レシーバは、約５ミリメ ートル以下の距離だけ離間されることを特徴とする請求項１記載の光アイソレー タ。 ９．前記パッケージは、前記光導波管，前記第１ホログ ラフィック素子，前記第２ホログラフィック素子および前記第３ホログラフィッ ク素子をさらに封入することを特徴とする請求項１記載の光アイソレータ。 １０．前記第１，第２および第３ホログラフィック素子のうち少なくとも一つ は、前記光のビームを第１光線と第２光線とに分割し、前記第１光線は前記第１ 光電子レシーバに入射し、前記第２光線は第２光電子レシーバに入射することを 特徴とする請求項１記載の光アイソレータ。 １１．光アイソレータであって： 電気的に分離され、かつ実質的に共通の面に配置され、かつ導電材料の共通の シートから形成される、第１リードフレーム部分と第２リードフレーム部分； 前記第１リードフレーム部分に配置された光電子トランスミッタ； 前記第２リードフレーム部分に配置された光電子レシーバであって、前記光電 子トランスミッタと光電子レシーバとの間の距離が約５ミリメートル以下である 、光電子レシーバ； 約３ミリメートル以下の厚さで、上面および底面を有する平坦な光導波管であ って、前記底面は前記光電子トランスミッタおよび前記光電子レシーバ上に配置 された、平坦な光導波管； 約１００ミクロン以下の厚さを有し、前記光導波管の前記上面上に配置され、 前記光電子トランスミッタから発光 される光のビームが第１ホログラフィック素子によって前記光導波管内に反射さ れるように前記光電子トランスミッタと整合された、第１ホログラフィック素子 ； 約１００ミクロン以下の厚さを有し、前記光導波管の前記底面上に配置され、 前記光のビームが第２ホログラフィック素子によって前記光導波管内に反射され るように前記第１ホログラフィック素子に対して整合された、第２ホログラフィ ック素子； 約１００ミクロン以下の厚さを有し、前記光導波管の前記上面上に配置され、 前記光のビームが第３ホログラフィック素子によって前記光電子レシーバ上に反 射されるように前記第２ホログラフィック素子および前記光電子レシーバの両方 に対して整合された、第３ホログラフィック素子；および 少なくとも、前記第１リードフレーム部分，前記第２リードフレーム部分，前 記光電子トランスミッタおよび前記光電子レシーバを封入するパッケージ； によって構成されることを特徴とする光アイソレータ。 １２．前記パッケージは、前記光導波管，前記第１ホログラフィック素子，前 記第２ホログラフィック素子および前記第３ホログラフィック素子をさらに封入 することを特徴とする請求項１１記載の光アイソレータ。 １３．前記第１リードフレーム部分および前記第２リードフレーム部分は、電 気的に分離される前に、前記パッケ ージによって封入されることを特徴とする請求項１２記載の光アイソレータ。 １４．光アイソレータであって： 電気的に分離され、かつ実質的に共通の面に配置された、第１リードフレーム 部分と第２リードフレーム部分； 前記第１リードフレーム部分に配置された光電子トランスミッタ； 前記第２リードフレーム部分に配置された第１光電子レシーバ； 第１表面および第２表面を有する平坦な光導波管であって、前記第２表面は前 記光電子トランスミッタおよび前記第１光電子レシーバ上に配置された、平坦な 光導波管； 前記光導波管の前記第１表面上に配置され、かつ前記光電子トランスミッタか ら発光される光のビームがホログラフィック素子によって前記光導波管を介して 前記第１光電子レシーバ上に反射されるように前記光電子トランスミッタおよび 前記第１光電子レシーバと整合された、ホログラフィック素子；および 少なくとも、前記第１リードフレーム部分，前記第２リードフレーム部分，前 記光電子トランスミッタおよび前記光電子レシーバを封入するパッケージ； によって構成されることを特徴とする光アイソレータ。 １５．前記光導波管は、ガラスおよびプラスチックからなるグループから選択 されることを特徴とする請求項１４ 記載の光アイソレータ。 １６．前記パッケージは、成形材料から形成されることを特徴とする請求項１ ４記載の光アイソレータ。 １７．前記光電子トランスミッタは、発光ダイオードであることを特徴とする 請求項１４記載の光アイソレータ。 １８．前記第１リードフレーム部分および前記第２リードフレーム部分は、導 電材料の共通のシートから形成されることを特徴とする請求項１４記載の光アイ ソレータ。 １９．前記光電子トランスミッタおよび前記第１光電子レシーバは、約５ミリ メートル以下の距離だけ離間されることを特徴とする請求項１４記載の光アイソ レータ。 ２０．前記ホログラフィック素子は、前記光のビームを第１光線と第２光線と に分割し、前記第１光線は前記第１光電子レシーバに入射し、前記第２光線は第 ２光電子レシーバに入射することを特徴とする請求項１４記載の光アイソレータ 。