特許 6677654 光電子デバイスに対する光ファイバサブアセンブリの視覚に基づく受動的位置決め

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6677654

(24)【登録日】2020年3月17日

(45)【発行日】2020年4月8日

(54)【発明の名称】光電子デバイスに対する光ファイバサブアセンブリの視覚に基づく受動的位置決め

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20200330BHJP

   G02B 6/30 20060101ALI20200330BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20200330BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/42

   G02B6/30

   H01S5/022

【請求項の数】15

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-568806(P2016-568806)

(86)(22)【出願日】2015年5月26日

(65)【公表番号】特表2017-517033(P2017-517033A)

(43)【公表日】2017年6月22日

(86)【国際出願番号】US2015032471

(87)【国際公開番号】WO2015179872

(87)【国際公開日】20151126

【審査請求日】2018年5月15日

(31)【優先権主張番号】62/002,772

(32)【優先日】2014年5月23日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513002740

【氏名又は名称】ナノプレシジョン プロダクツ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＮＡＮＯＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＰＲＯＤＵＣＴＳ， ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100139723

【弁理士】

【氏名又は名称】樋口 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100124224

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼▲橋▼ 理恵

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100090468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 剛

(72)【発明者】

【氏名】リー，シューハァ

(72)【発明者】

【氏名】クロッツ，グレゴリー エル

(72)【発明者】

【氏名】バーノスキー，マイケル ケイ

(72)【発明者】

【氏名】ヴァランス，ロバート ライアン

【審査官】 岸 智史

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００３−５１１７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５１０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１３４３２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−０７９０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１００８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０９１１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／２６−６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０−６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２−６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学ベンチと光電子デバイスとの間に配置される受動的位置決め接続構造において、
第１の組の光学的基準マークおよび第２の組の光学的基準マークがその上に定められた光学的に透明な位置決めブロックと、
光学的基準マークを含む位置決め特徴部が定められた本体を有する光学ベンチであって、該光学ベンチが、前記位置決めブロックに取り付けられ、前記光学ベンチ上に定められた前記光学的基準マークが、前記位置決めブロック上に定められた前記第１の組の光学的基準マークと光学的に位置決めされた状態にある、前記光学ベンチと、
前記光電子デバイスを支持する支持体であって、該支持体上に光学的基準マークが定められ、前記支持体が、前記位置決めブロックに取り付けられ、前記支持体の前記光学的基準マークが、前記位置決めブロック上に定められた前記第２の組の光学的基準マークと光学的に位置決めされた状態にある、前記支持体と
を含むことを特徴とする受動的位置決め接続構造。

【請求項2】

前記支持体が、該支持体の前記基準マークがその上に定められたサブマウントを含み、前記光電子デバイスが、前記サブマウント上に取り付けられ、前記サブマウント上の前記基準マークが、前記位置決めブロック上に定められた前記第２の組の光学的基準マークと光学的に位置決めされる、請求項１記載の受動的位置決め接続構造。

【請求項3】

前記サブマウントが、前記光電子デバイスの一体の部分である、請求項２記載の受動的位置決め接続構造。

【請求項4】

前記光学ベンチが、少なくとも構造化された反射面を含み、前記位置決め特徴部が、光ファイバを前記構造化された反射面と光学的に位置決めされた状態に支持する位置決め構造を含み、前記光ファイバと前記光電子デバイスとの間に前記構造化された反射面を介した光路が定められ、該光路を維持するよう前記光学ベンチが前記光電子デバイスと位置決めされる、請求項１から３いずれか１項記載の受動的位置決め接続構造。

【請求項5】

前記光電子デバイスが、送信器、受信器、トランシーバ、およびフォトニック集積回路のうち少なくとも１つを含む、請求項１から３いずれか１項記載の受動的位置決め接続構造。

【請求項6】

前記位置決めブロックが、前記光学ベンチ上に定められた前記構造化された反射面と前記光電子デバイスとの間において光を通過させるための開口部を含む、請求項４記載の受動的位置決め接続構造。

【請求項7】

前記第１の組の光学的基準マークが、前記支持体上に定められた前記光学的基準マークと光学的に位置決めされず、前記第２の組の光学的基準マークが、前記光学ベンチ上に定められた前記光学的基準マークと光学的に位置決めされない、請求項１から３いずれか１項記載の受動的位置決め接続構造。

【請求項8】

前記光学ベンチの前記本体が、前記光学ベンチの前記光学的基準マークを含む前記位置決め特徴部をスタンピングすることを含むスタンピングによって形成された、請求項１から３いずれか１項記載の受動的位置決め接続構造。

【請求項9】

光学ベンチと光電子デバイスとの間に受動的位置決め接続を設ける方法において、
第１の組の光学的基準マークおよび第２の組の光学的基準マークがその上に定められた光学的に透明な位置決めブロックを設ける工程と、
前記光学ベンチの本体上に、光学的基準マークを含む位置決め特徴部を定める工程と、
前記光学ベンチ上に定められた前記光学的基準マークを、前記位置決めブロック上に定められた前記第１の組の光学的基準マークと光学的に位置決めすることにより、前記光学ベンチを前記位置決めブロックに取り付ける工程と、
前記光電子デバイスが支持される支持体上に光学的基準マークを定める工程であって、前記支持体の前記光学的基準マークを、前記位置決めブロック上に定められた前記第２の組の光学的基準マークと光学的に位置決めすることにより、前記支持体が前記位置決めブロックに取り付けられる、前記定める工程と
を含むことを特徴とする方法。

【請求項10】

前記支持体が、該支持体の前記基準マークがその上に定められたサブマウントを含み、前記光電子デバイスが、前記基準マークとの関係において前記サブマウント上に取り付けられる、請求項９記載の方法。

【請求項11】

前記サブマウントが、前記光電子デバイスの一体の部分である、請求項１０記載の方法。

【請求項12】

前記光学ベンチが、構造化された反射面を含み、前記位置決め特徴部を定める前記工程が、光ファイバを前記構造化された反射面と光学的に位置決めされた状態に支持する位置決め構造を定めることを含み、前記光ファイバと前記光電子デバイスとの間に前記構造化された反射面を介した光路が定められ、該光路を維持するよう前記光学ベンチが前記光電子デバイスと位置決めされる、請求項９から１１いずれか１項記載の方法。

【請求項13】

前記光電子デバイスが、送信器、受信器、トランシーバ、およびフォトニック集積回路のうち少なくとも１つを含む、請求項９から１１いずれか１項記載の方法。

【請求項14】

前記位置決めブロックが、前記光学ベンチ上に定められた前記構造化された反射面と前記光電子デバイスとの間において光を通過させるための開口部を含む、請求項１２記載の方法。

【請求項15】

前記光学ベンチの前記本体が、前記光学ベンチの前記光学的基準マークを含む前記位置決め特徴部をスタンピングすることを含むスタンピングによって形成される、請求項９から１１いずれか１項記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【優先権の主張】

【0001】

本願は、２０１４年５月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／００２，７７２号による優先権を主張する。この特許出願を、本明細書において完全に述べられているかのように参照し、完全に組み込む。以下において言及される全ての刊行物を、本明細書において完全に述べられているかのように参照し、完全に組み込む。

【技術分野】

【0002】

本発明は、光電子デバイス（例えば、フォトニック集積回路（ＰＩＣ））への／からの光の結合に関し、より具体的には、回路基板上に支持された光電子デバイスへの光ファイバの光学的接続に関する。

【背景技術】

【0003】

光電子デバイスは、光の供給源となり、光を検出し、および／または光を制御して、光信号と電気信号との間の変換を行う、光学的および電子的構成要素を含む。例えば、トランシーバ（Ｘｃｖｒ）は、ハウジング内の回路と組み合わされた送信器（Ｔｘ）および受信器（Ｒｘ）の両方を含む光電子モジュールである。送信器は光源（例えば、ＶＣＳＥＬまたはＤＦＢレーザ）を含み、受信器は光センサ（例えば、フォトダイオード）を含む。従来、トランシーバの回路はプリント回路基板上にはんだ付けされる。そのようなトランシーバは、一般的に、（気密性または非気密性の）パッケージの底部を構成する基体を有し、例えばレーザおよびフォトダイオード等の光電子デバイスは基体上にはんだ付けされる。光ファイバは、パッケージの外部に接続されるか、または、フィードスルーを用いてパッケージの壁を通される（特許文献１を参照（本願と同じ譲受人／出願人に譲渡されており、本明細書において完全に述べられているかのように、完全に組み込む））。

【0004】

パッケージをなくせば、トランシーバのコストは大きく低減可能であり、一部の市販のトランシーバではこれが行われている。例えば、シリコンフォトニック集積回路（ＳｉＰＩＣ）を有する幾つかの能動的光ケーブルは、パッケージがなくても良好に動作する。ＳｉＰＩＣチップはエポキシに封入され、これは光ファイバアレイを保持するためにも用いられる。この手法は、分離可能なコネクタを提供せず、光ファイバはＳｉＰＩＣに永久的に取り付けられる。

【0005】

US Conec Ltd.は、取り外し可能なモジュールに取り付けられたコネクタとして設計されている「PRIZM LightTurn」（商標）というモデルのコネクタアセンブリを紹介した。トランシーバに底部支持体が取り付けられ、この支持体に対して、光ファイバアレイを担持するコネクタが、２つのピン・ホール接続を用いて位置決めされる。最上部のクリップが所定位置にスナップ式に嵌り、支持体に対してコネクタを保持する。このコネクタアセンブリはポリマーで製造される。

【0006】

適正な動作のために、プリント回路基板上に支持された光電子デバイスは、外部の光ファイバに光を効率的に結合することを必要とする。大半の光電子デバイス（例えば、ＰＩＣ）は、光ファイバとデバイスとの厳密な（典型的には１マイクロメートル未満の）位置決め許容誤差を要する単一モード光学接続を必要とする。非常に多くの光ファイバが、光ファイバの位置および向きを、光ファイバとＰＩＣとの間で伝達される光の量が最大化されるまで機械によって調節する能動的な光学的位置決め手法を用いて、ＰＩＣ上の素子に対して光学的に位置決めされるので、これは困難な課題である。

【0007】

現在の最新技術は、パッケージを含むことに起因して高価であり、通常の電子部品および組立プロセスを用いることを排除し、および／または、多くのＰＩＣが要する単一モードの用途にしばしば適していない。能動的位置決めプロセスの間は、レーザまたはフォトダイオードにエネルギーを供給しなければならないので、能動的な光学的位置決めは、比較的複雑な低スループットの仕事を含む。更に、プラスチックでできているそれらの構成要素（例えば、US Conec Ltd.による「PRIZM LightTurn」コネクタ）は、単一モード接続にはあまり適しておらず、プラスチックの構成要素は、その後の、ポリマー構造を変えて光学的位置決めを損ない得るはんだ付けプロセスの間は、所定位置にあるべきではない。

【0008】

必要なのは、スループット、許容誤差、製造可能性、使いやすさ、機能性、および信頼性を、低減されたコストで改善する、光ファイバの入力／出力を、基体（例えば、プリント回路基板）上に支持された光電子構成要素に対して光学的に位置決めされた状態に光学的に結合するための、改善された手法である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】米国特許出願第２０１３／０２９４７３２Ａ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、光ファイバの入力／出力を、基体上に支持された光電子構成要素に対して光学的に位置決めされた状態に光学的に結合するために、エネルギーを供給された回路または電気光学構成要素を必要とせず、スループット、許容誤差、製造可能性、使いやすさ、機能性、および信頼性を、低減されたコストで改善する、視覚に基づく受動的位置決め手法を提供することにより、従来技術の短所を克服する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

一実施形態において、少なくとも１本の光ファイバを支持する光ファイバサブアセンブリ（ＯＦＳＡ）の形態の光学ベンチは、基体および／またはプリント回路基板（ＰＣＢ）上に取り付けられた光電子デバイス（例えば、ＶＣＳＥＬアレイ、ＰＤアレイ、またはフォトニック集積回路（ＰＩＣ））に対して物理的且つ光学的に結合される。この新規な受動的光学的位置決め接続は、光電子デバイスを支持する支持体（例えば、ハウジングまたはサブマウント）と、透明な位置決めブロックであって、ＯＦＳＡ上に定められた光学的基準マークを位置決めブロックと位置決めするための第１の組の光学的基準マーク、および位置決めブロックを支持体上に定められた光学的基準マークと位置決めするための第２の組の光学的基準マークを有する位置決めブロックとを含む。第１および第２の組の光学的基準マークは、互いに関して精密に位置決めブロック上に配置される。ＯＦＳＡによって支持された光ファイバの入力端／出力端は、ＯＦＳＡ上の光学的基準マークに関して精密に配置される。光電子デバイスは、支持体上の光学的基準マークに関して精密に配置される。従って、組み立てられた際には、ＯＦＳＡ、位置決めブロック、および支持体上の光学的基準マークを、所望の所定の光路に沿って支持体上の光電子デバイスと光学的に位置決めされた光ファイバの入力端／出力端と位置決めすることにより、ＯＦＳＡ、位置決めブロック、および支持体が受動的に位置決めされる。

【0012】

支持体は、まず、モジュールの基体（例えば、ＰＣＢ）に取り付けられてもよく、或いは、支持体は、モジュール基体への取り付けの前に、位置決めブロックに取り付けられてもよい。更に、ＯＦＳＡは、本発明の譲受人／出願人によって作出された新規な接続（２０１５年５月１５日に出願された米国特許出願第１４／７１４，２４０号を参照）による「分離可能な」、「取り外し可能な」、または「除去可能な」作用によって、位置決めブロックに着脱可能に取り付けられ得る。

【0013】

本発明の性質および長所、並びに好ましい使用形態をより完全に理解するために、添付の図面と共に読まれる以下の詳細な説明を参照されたい。以下の図面中、類似の参照番号は、複数の図面を通して、類似または同様の部分を示す。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態による、光ファイバをミラーアレイに関して正確に配置する光学ベンチの斜視図

【図2】本発明の一実施形態による、フェルールを完成させるカバーを有する光学ベンチの斜視図

【図3】本発明の一実施形態による、光学的位置決め基準マークを有する光学的に透明な位置決めブロックの斜視図

【図4】位置決めブロックと位置決めされた状態での光学ベンチの取り付けを示す斜視図

【図5】本発明の一実施形態による、サブマウント上の光学的基準マークと正確に位置決めされた状態でサブマウント上に配置されたＶＣＳＥＬアレイの斜視図

【図6】本発明の一実施形態による、光学ベンチを有する位置決めブロックのサブマウント上への取り付けを示す斜視図

【図7】本発明の一実施形態による、位置決めブロックおよび光学ベンチを有するサブマウントのプリント回路基板上への取り付けを示す斜視図

【図8】本発明の一実施形態による、分離可能な光ファイバコネクタを用いた、ＶＣＳＥＬに対して位置決めされた光学ベンチへの光ファイバジャンパーの取り付けを示す斜視図

【図9】図７の線９−９に沿った断面図

【図10】図８の線１０−１０に沿った断面図

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照し、様々な実施形態に関して本発明を説明する。本発明を、本発明の目的を達成するための最良の形態に関して説明するが、当業者には、これらの教示を考慮して、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変形が実現され得ることがわかるであろう。

【0016】

本発明は、光ファイバの入力／出力を、基体上に取り付けられた光電子構成要素に対して光学的に位置決めされた状態に光学的に結合するための、スループット、許容誤差、製造可能性、使いやすさ、機能性、および信頼性を、低減されたコストで改善する、視覚に基づく受動的位置決め手法を提供することにより、従来技術の短所を克服する。

【0017】

光ファイバの入力端／出力端を支持する光学ベンチの一例として光ファイバサブアセンブリ（ＯＦＳＡ）、および、トランシーバ（Ｘｃｖｒ）の一部であり得る光電子デバイスの一例として、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のアレイを有する送信器（Ｔｘ）を参照して、本発明の概念を述べる。或いは、ＶＣＳＥＬアレイおよびサブマウントは、フォトニック回路を単一チップにフォトニック集積回路（ＰＩＣ）として統合するデバイス内において実施され得る。本発明は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、他のタイプの光電子デバイスに対する他のタイプの光学ベンチの受動的位置決めを提供するために適用されてもよい。

【0018】

図１は、光ファイバ２０（例えば、４本の光ファイバ２０の短い切片、即ちスタブ）の形態の光学的構成要素を支持するためのマイクロ光学ベンチ１１を組み込んだＯＦＳＡ１０を示す。光学ベンチ１１は基部１６を含み、基部１６は、光ファイバ２０の（保護バッファ層およびジャケット層がなくクラッドが露出した）剥き出しの部分を保持するための開口溝２５を含む位置決め構造を含む構造化された特徴と、基部１６のより大きな平面に対して或る角度で傾斜した平面を有する構造化された反射面１２（即ち、４つのリフレクタ）とを画成する。各構造化された反射面１２は、平坦な、凹面の、もしくは凸面の表面形状を有してもよく、および／または、ミラー、集光レンズ、発散レンズ、回折格子、またはそれらの組合せである同等の光学的要素のうち少なくとも１つに対応する光学特性を有してもよい。構造化された反射面１２は、異なる同等の光学的要素に対応する２以上の領域を定める複合形状を有し得る（例えば、環状の発散領域によって囲まれた、中心の集光領域）。一実施形態において、構造化された反射面１２は、レンズを必要とせずに、入射する発散光の反射および再成形（例えば、コリメートまたは集光）の両方の機能を果たす凹面の非球面の反射面形状を有し得る。従って、図９および図１０も参照すると、各構造化された反射面１２は、外部の光学的構成要素または光電子構成要素（このケースでは、例えばＶＣＳＥＬ２等の光電子デバイス）への／からの光を、光ファイバ２０の出力端／入力端２１からの／への反射によって、様々な光学的構成要素および素子（即ち、光ファイバ２０、構造化された反射面１２、およびＶＣＳＥＬ２）の光軸に対して位置決めされた定められた光路１００に沿って向ける光学的要素として機能する。

【0019】

開口溝２５は、光ファイバ２０の端部を、光路１００に沿って、構造化された反射面１２に関して位置決めされた状態に精密に配置するために、光ファイバ２０の端部を受容するサイズおよび配置を有する。各光ファイバ２０の端面２１（入力端／出力端）は、対応する構造化された反射面１２に関して所定の距離に維持される。

【0020】

光学ベンチ１１の全体的な機能的構造は、一般的に、nanoPrecision社の後述する先願の特許文献において開示されている幾つかの光学ベンチの実施形態の構造と類似している（即ち、構造化された反射面と位置決めされたファイバ位置決め溝、および適正な光学的位置決めを容易にするための更なる特徴）。しかし、本発明では、光学ベンチ１１には、光学的基準マークの形態の受動的位置決め特徴部がスタンピングされている。図１では、光学的基準マーク１４は、基部１６の平面状の表面１５上に形成されており、これにより、以下で更に説明するように、光学ベンチ１１をＶＣＳＥＬ２に関して位置決めおよび／または正確に配置するのが容易になる。光ファイバ２０の入力端／出力端２１／（光ファイバの端部２１の位置を定める）溝２５、および構造化された反射面２１は、光学ベンチ１１上の光学的基準マーク１４に関して精密に配置される。

【0021】

本発明の更なる態様では、光コネクタ内のミラー／構造化された反射面および光ファイバ位置決め構造は、原材料（例えば、金属ブランク材またはストリップ）の精密スタンピングによって一体／同時に形成でき、これは、許容誤差、製造可能性、使いやすさ、機能性、および信頼性を改善しつつ、大量または少量のコネクタ構成要素を経済的に製造することを可能にする。構造化された反射面、受動的位置決め特徴部（即ち、光学的基準マーク１４）、および光ファイバ位置決め構造を、同時に、同じ最終的なスタンピング動作において形成することにより、光学ベンチ上における位置決めを必要とする全ての特徴の寸法的関係を、最終的なスタンピング工程において維持できる。１回のパンチで光学ベンチの全ての特徴を形成するパンチング動作の代わりに、光学ベンチ上の特定の特徴を段階的に予備形成するために、複数回のパンチを実施して、最終的なパンチで、設計された光路に沿った個々の構成要素／特徴の適正な位置決めを確実にすることが必要な（または確実にする際に重要な役割を果たす）光学ベンチ上の様々な構造化された特徴（ミラー、光ファイバ位置決め構造／溝、受動的位置決め特徴部等を含む）の最終的な寸法、幾何形状、および／または仕上げを同時に定めてもよいと考えられる。

【0022】

本発明の譲受人（nanoPrecision Products、Inc.）は、光学的データ伝送に関して用いられる光学ベンチを有する様々な独占所有権のある光学的結合／接続装置を開発した。本発明は、より具体的には、先願の光学的結合装置で行われているスタンピングで形成されたミラーを含む光学ベンチのスタンピングという同様の概念を採用しつつ、光ファイバをＰＩＣを含むフォトニック構成要素に取り外し可能に／再接続可能に結合することに向けられている。

【0023】

例えば、米国特許出願第２０１３／０３２２８１８Ａ１号明細書は、光データ信号をルーティングするためのスタンピングで形成された構造化された表面を有する光学的結合装置、具体的には、光信号をルーティングするための光学的結合装置において、基部と、基部上に画成された構造化された表面であって、入射光を再成形および／または反射する表面形状を有する構造化された表面と、基部上に画成された位置決め構造であって、光が構造化された表面と光学的構成要素との間の定められた経路に沿って伝達されるのを可能にするために、光学的構成要素を、構造化された表面と光学的に位置決めされた状態で基部上に配置するのを容易にする表面特徴部を有するよう構成された位置決め構造とを含み、構造化された表面および位置決め構造が、基部の可鍛性材料をスタンピングすることによって基部上に一体に画成された光学的結合装置を開示している。

【0024】

米国特許出願第２０１３／０２９４７３２Ａ１号明細書は、一体の光学的要素を有する気密性の光ファイバ位置決めアセンブリ、具体的には、光ファイバの端部を受容する複数の溝であって端部の位置および向きをフェルール部に関して定める溝を有するフェルール部を含む、気密性の光ファイバ位置決めアセンブリを更に開示している。このアセンブリは、光ファイバの入力／出力を光電子モジュール内の光電子デバイスに結合するための一体の光学的要素を含む。光学的要素は、構造化された反射面の形態であり得る。光ファイバの端部は、構造化された反射面までの定められた距離にあり、構造化された反射面と位置決めされる。構造化された反射面およびファイバ位置決め溝は、スタンピングによって形成され得る。

【0025】

米国特許出願第１４／６９５，００８号明細書は、光通信モジュールにおいて用いられる、光信号をルーティングするための光学的結合装置、具体的には、基部上に画成された構造化された表面であって、入射光を再成形および／または反射する表面形状を有する構造化された表面と、基部上に画成された表面特徴部であって、光が構造化された表面と光学的構成要素との間の定められた経路に沿って伝達されるのを可能にするために、光学的構成要素を、構造化された表面と光学的に位置決めされた状態で基部上に配置するのを容易にする表面特徴部を有するよう構成された位置決め構造とを有する、光学的結合装置を更に開示している。構造化された表面および位置決め構造は、基部の可鍛性材料をスタンピングすることによって基部上に一体に画成される。位置決め構造は、光が構造化された表面と光学的構成要素との間の定められた経路に沿って伝達されるのを可能にするために、光学的構成要素を、構造化された表面と光学的に位置決めされた状態で、基部上に受動的に位置決めすることを容易にする。構造化された表面は、入射光を反射および／または再成形する反射面形状を有する。

【0026】

米国特許第７，３４３，７７０号明細書は、許容誤差が小さい部品を製造するための新規な精密スタンピングシステムを開示している。そのような発明のスタンピングシステムは、上述のnanoPrecision社の特許文献に開示されている装置を製造するための様々なスタンピングプロセスにおいて実装され得ると共に、本明細書において開示されている構造（上述の光学ベンチ１１のための構造を含む）を製造するために同様に実装され得る。これらのスタンピングプロセスは、所望の幾何形状を有する反射面を含む、最終的な表面特徴部を、厳密な（即ち、小さい）許容誤差で、他の定められた表面特徴部と正確に位置決めされた状態で形成するために、バルク材料（例えば、金属ブランク材または原材料）をスタンピングすることを含む。

【0027】

本質的に、ＯＦＳＡ１０については、基部１６は、光ファイバ２０を構造化された反射面１２に関して位置決めするための光学ベンチ１１を定める。溝２５を、構造化された反射面１２も画成する同じ単一の構造上に含むことにより、構造化された反射面１２に対する光ファイバ２０の端部２１の位置決めを、単一の部品上の最終的な構造を同時に画成するための１回の最終的なスタンピング動作によって、（別々の部品または構造上に定められた特徴に基づいて同様の位置決めを達成しようとするのと比較して）比較的厳密な（小さい）許容誤差でより精密に達成することができる。構造化された反射面１２および光ファイバ位置決め構造／溝２５を、１回の最終的なスタンピング動作で同時に形成することにより、同じ被加工物／部品上における位置決めを必要とする（または位置決めを提供する役割を果たす）全ての特徴／構成要素の寸法的な関係を、最終的なスタンピング工程において維持できる。

【0028】

図２を参照すると、ＯＦＳＡ１０は、露出した溝２５および光ファイバ２０の部分を覆うカバー１８を更に含む。カバー１８と光学ベンチ１１との組合せの全体的な構造の終端部１７は、本質的に、光ファイバケーブル２３の終端を支持するフェルール５１がスリーブ５０（図８を参照）を介して結合され得るフェルールを構成する。

【0029】

一実施形態において、この新規な受動的光学的位置決め接続は、光電子デバイス（例えば、ＶＣＳＥＬ２）を支持するサブマウントを含む。図５を参照すると、ＶＣＳＥＬ２は、１組の光学的基準マーク４４が定められたサブマウント４上に取り付けられている。これらの基準マークは、基準マークの配置に対してナノスケールの許容誤差を保つリソグラフ手順を用いて、サブマウント上に設けられ得る。ＶＣＳＥＬ２は、ＶＣＳＥＬの表面上のリソグラフィでパターニングされた特徴（例えば、射出領域、はんだパッド等）をサブマウント４上のリソグラフィでパターニングされた基準マーク４４に対して位置決めする視覚的フィードバックを有する公知のピックアンドプレース装置を用いて、サブマウント４上の光学的基準マーク４４に関して精密に配置される（即ち、サブマウント４上におけるＶＣＳＥＬ２の取付位置が、光学的基準マーク４４を基準にして精密に決定される）。図５は、ＶＣＳＥＬ２として、別のサブマウント４上に取り付けられたフォトニック構成要素を示しているが、別の実施形態では、サブマウントは、フォトニック構成要素の一体の部分であってもよく、この構成では、フォトニック構成要素をサブマウント上に組み付ける工程がなくなる。例えば、基準マーク４４は、例えば回折格子カプラー等の光源も含むフォトニック集積回路（ＰＩＣ）の表面上にリソグラフィでパターニングされ得る。他のタイプの統合された光電子デバイス、例えばシリコンフォトニック集積回路（ＳｉＰＩＣ）等については、ＳｉＰＩＣのハウジングが、その上に光学的基準マークが（例えば、リソグラフィ／エッチングプロセスによって）定められるサブマウント（例えば、シリコン基体／ＳｉＰＩＣのハウジング）として機能し得る。

【0030】

図３を参照すると、この新規な位置決め接続は、光学的に透明な位置決めブロック１を更に含み、位置決めブロック１は、ＯＦＳＡ１０の光学ベンチ１１上に定められた光学的基準マーク１４を位置決めブロック１と位置決めするための第１の組の光学的基準マーク２４と、位置決めブロック１をサブマウント４上に定められた光学的基準マーク４４と位置決めするための第２の組の光学的基準マーク３４とを有する。第１および第２の組の光学的基準マーク２４および３４は、互いに関して精密に位置決めブロック１上に配置される。光学的基準マーク２４および３４は、１マイクロメートルより良好な精度のリソグラフィプロセスを用いて、位置決めブロック１の同じ表面（例えば、上面２９）上に定められ得る。或いは、２組の光学的基準マークは、位置決めブロック１の互いに反対側の表面上に定められてもよい。位置決めブロック１は、例えばガラス、水晶、硬質プラスチック等の適切な光学的に透明な材料で作られ得る。

【0031】

図示されている実施形態では、位置決めブロック１には開口部５９が設けられており、この開口部５９は、光学ベンチ１１上の構造化された反射面１２とＶＣＳＥＬ２との間を光が通るのを可能にする間隙を設ける（図４、図９、および図１０も参照）。開口部５９は、図３の実施形態で図示されている貫通穴の形態であってもよく、または、切欠きの形態であってもよい（即ち、位置決めブロックがＵ字状の本体を有する）。或いは、光学ベンチ１１が、構造化された反射面１２が位置決めブロックのエッジを越えた光を通す状態で位置決めブロックに取り付けられ得る場合には、開口部は省略されてもよい。或いは、位置決めブロックにはいかなる穴も設けられなくてもよく、構造化された反射面１２への／からの光は、透明な位置決めブロックを通過するよう向けられる。

【0032】

図４を参照すると、ＯＦＳＡ１０／光学ベンチ１１は、光学ベンチ１１上の光学的基準マーク１４が位置決めブロック１上の第１の組の光学的基準マーク２４と位置決めされた状態で、（例えば、はんだ付けまたは接着剤によって）位置決めブロック１に取り付けられる。光学的基準マーク１４および２４が透明な位置決めブロック１を通して見えることを前提として、光学的基準マーク１４および２４の位置決めは、視覚的／光学的に、受動的に決定／確認できる。例えば、位置決めブロック１の光学的に透明な本体上の第１の組の光学的基準マーク２４を、視覚に基づく位置決めスキームを用いた公知のピックアンドプレース機構を用いて、光学ベンチの基準マーク１４に対して位置決めできる。

【0033】

図６を参照すると、ＯＦＳＡ１０が取り付けられた位置決めブロック１は、位置決めブロック１上の第２の組の光学的基準マーク３４がサブマウント４上に定められた光学的基準マーク４４と位置決めされた状態で、（例えば、接着剤によって）サブマウント４に取り付けられる。光学的基準マーク３４および４４が透明な位置決めブロック１を通して見えることを前提として、光学的基準マーク３４および４４の位置決めは、視覚的／光学的に、受動的に決定／確認できる。例えば、位置決めブロック１の光学的に透明な本体上の第２の組の光学的基準マーク３４を、視覚に基づく公知の位置決め機構を用いて、サブマウントの基準マーク４４に対して位置決めできる。

【0034】

図６の実施形態では、位置決めブロック１をサブマウント４に取り付ける前に、サブマウント４は、光電子デバイスモジュールの基体またはハウジングの一部であり得るその下の基体（例えば、ＰＣＢ３）に予め取り付けられる。或いは、図７の実施形態では、位置決めブロック１は、サブマウント４をその下の基体（例えば、ＰＣＢ３またはシリコンインターポーザ）に取り付ける前に、サブマウント４に取り付けられる。

【0035】

上記で概要を述べたプロセスは、基板／サブマウント／基体に永久的に取り付けられる光ファイバサブアセンブリを設ける。組み立てられた際には、光ファイバ２０の入力端／出力端２１が、所望の所定の光路１００に沿って、サブマウント４上に支持された光電子デバイス（例えば、ＶＣＳＥＬ２）と光学的に位置決めされた状態で、ＯＦＳＡ１０／光学ベンチ１１、位置決めブロック１、およびサブマウント４が、ＯＦＳＡ１０／光学ベンチ１１、位置決めブロック１、およびサブマウント４上の光学的基準マークの位置決めと共に受動的に位置決めされる。図９および図１０を参照すると、ＶＣＳＥＬ２に対する光ファイバ２０の入力端／出力端２１の光学的位置決めが示されている。図９は、位置決めブロック１をＰＣＢ３に取り付ける前の、図７の線９−９に沿った断面図である。図１０は、位置決めブロック１をＰＣＢ３に取り付けた後の、図８の線１０−１０に沿った断面図である。（ａ）光学ベンチ１１上に画成された構造化された反射面１２に対する光ファイバの端部２１の正確な配置、（ｂ）上述の光学的基準マーク１４および２４を用いた、位置決めブロック１に対するＯＦＳＡ１０の光学ベンチ１１の位置決め、（ｃ）光学的基準マーク３４および４４を用いた、ＶＣＳＥＬ２を支持するサブマウント４に対する位置決めブロック１の位置決め、および（ｄ）ＶＣＳＥＬ２がサブマウント上の光学的基準マーク４に関して精密に配置されることを前提として、図９および図１０に示されている全体的な構造は、光ファイバ２０の端部２１とＶＣＳＥＬ２との間に光学ベンチ１１上に画成された構造化された反射面１２を介して定められた所望の所定の光路１００に沿って精密に光学的に位置決めされる。

【0036】

図９および図１０の実施形態では、光路１００は、構造化された反射面１２によって略９０度曲げられる。図示されるように、光学ベンチ１１／ＯＦＳＡ１０は、光ファイバが光電子デバイスの主要な平面（例えば、基体またはサブマウントを支持する平面）に対して略平行に位置決めされた状態で、光ファイバケーブルが光電子デバイス（例えば、ＶＣＳＥＬ２）に結合されるのを可能にする、簡便でコンパクトな接続構造（即ち、光コネクタ）を提供する。

【0037】

再び図８の実施形態を参照すると、本発明は、ＶＣＳＥＬ２を含む例えばトランシーバ等の光電子デバイスの基体／サブマウント／基板４に永久的に取り付けられ得る、基板に取り付けられた光ファイバサブアセンブリ（ＢＭ−ＯＦＳＡ）１０を提供することがわかる。ＢＭ−ＯＦＳＡ１０は、光学的基準マーク（１４、２４、３４、および４４）を用いて位置決めされ、はんだ付けのような取り付けプロセスまたはエポキシ等の接着剤を用いて基体／サブマウント／基板４に取り付けられる。ＢＭ−ＯＦＳＡ１０は、分離可能なファイバ接続のためのフェルール１７も構成するスタンピングで形成されたマイクロ光学ベンチ１１で構成された、スタンピングで形成されたコネクタを含む。スタンピングで形成されたコネクタは、光ファイバスタブ２０のアレイを収容する貝殻状の設計である。ファイバスタブの一端部は、（例えば、概ね楕円形の断面を有する）フェルール１７内で終端し、反対側の端部２１は、好ましくはスタンピングによって製造されるマイクロミラー１２のアレイにおいて終端する。ミラーは光ビームを折り曲げると共に、それらを基板／基体／サブマウント４上の電気光学チップ上に集光する。このフェルール端部１７は、マイクロ光学ベンチと一体である。フェルール端部１７は、位置決めスリーブ５０を介したファイバジャンパー２３のフェルール５１への分離可能な接続インターフェースを提供する。

【0038】

本発明は、約１マイクロメートルの配置精度を有するピックアンドプレース機構において容易に使用可能な、視覚に基づく受動的位置決めを用いて、ＢＭ−ＯＦＳＡ１０を基板／サブマウント／基体４に組み付ける方法を提供する。これは単一モード光学接続に適している。本発明は、高温プロセスに耐えることができる金属およびガラスでできているので、ウェーブソルダリング等の従来の電子部品組立プロセスに適合する。ＢＭ−ＯＦＳＡは、本発明による受動的位置決めによって回路基板に取り付けることができ、基板上への部品の装着が完了した後、ＢＭ−ＯＦＳＡのフェルール端部を用いて、光ファイバケーブルを接続できる。従って、回路基板の組立中に、光ファイバケーブルが邪魔にならない。

【0039】

別の実施形態では、マイクロ光学ベンチの一端部にある内蔵型の一体のフェルールの代わりに、マイクロ光学ベンチの一端部に、別個の独立したフェルールが接合されてもよい。

【0040】

更なる実施形態では、フェルール１７を有する光学ベンチ１１を、図８に示されている構成におけるファイバジャンパー２３への分離可能な接続を提供するための短いスタブとして構成する代わりに、光ファイバケーブルは、光学ベンチ１１に永久的に取り付けられてもよい（即ち、光ファイバケーブル内の光ファイバ２０の端部２１が、光学ベンチ１１によって位置決めされて支持される）。この構成は、図８に示されているスリーブ５０およびフェルール５１をなくす。光ファイバケーブル２３の光ファイバ２０の端部２１は、光学ベンチ１１の溝２５に直接挿入される。この実施形態では、光学ベンチ１１は、光ファイバを、受動的に位置決めされた光学的／機械的結合において光学的に位置決めされた状態で支持するためのフェルールとしての役割も果たす。

【0041】

なお、ＯＦＳＡは、本発明の譲受人／出願人によって作出された新規な接続（２０１５年５月１５日に出願された米国特許出願第１４／７１４，２４０号を参照）に従って、「分離可能な」、「取り外し可能な」、または「除去可能な」作用によって、位置決めブロックに着脱可能に取り付けられ得る。先に述べたように、本発明の概念を他のタイプの光電子デバイス（例えば、ＰＩＣ）、並びに他のタイプの光学ベンチおよび光学サブアセンブリに導入することも、本発明の範囲および精神に含まれる。

【0042】

好ましい実施形態を参照して本発明を具体的に示し説明したが、本発明の趣旨、範囲、および教示から逸脱することなく、様々な形状および細部の変更が行われ得ることが、当業者には理解されよう。従って、開示された発明は、単に例示的なものと見なされ、その範囲は、添付の特許請求の範囲において特定されている通りにのみ限定される。
他の実施形態
１． 光学ベンチと光電子デバイスとの間に配置される受動的位置決め接続構造において、
第１の組の光学的基準マークおよび第２の組の光学的基準マークがその上に定められた光学的に透明な位置決めブロックと、
光学的基準マークを含む位置決め特徴部が定められた第１の本体を有する光学ベンチであって、該光学ベンチが、該光学ベンチ上に定められた前記光学的基準マークが前記位置決めブロック上に定められた前記第１の組の光学的基準マークと位置決めされた状態で、前記位置決めブロックに取り付けられる、前記光学ベンチと、
前記光電子デバイスを支持する支持体であって、該支持体上に光学的基準マークが定められ、前記支持体が、該支持体の前記光学的基準マークが前記位置決めブロック上に定められた前記第２の組の光学的基準マークと位置決めされた状態で、前記位置決めブロックに取り付けられる、前記支持体と
を含むことを特徴とする受動的位置決め接続構造。
２． 前記光学ベンチの前記第１の本体が、前記光学ベンチの前記光学的基準マークを含む前記位置決め特徴部をスタンピングすることを含むスタンピングによって形成された、実施形態１記載の受動的位置決め接続構造。
３． 前記支持体が、該支持体の前記基準マークがその上に定められたサブマウントを含み、前記光電子デバイスが、前記基準マークとの関係において前記サブマウント上に取り付けられる、実施形態１記載の受動的位置決め接続構造。
４． 前記光学ベンチが、少なくとも構造化された反射面を含み、前記位置決め特徴部が、光ファイバを前記構造化された反射面と光学的に位置決めされた状態に支持する位置決め構造を含み、前記光ファイバと前記光電子デバイスとの間に前記構造化された反射面を介した光路が定められ、該光路を維持するよう前記光学ベンチが前記光電子デバイスと位置決めされる、実施形態１記載の受動的位置決め接続構造。
５． 前記光電子デバイスが、送信器、受信器、トランシーバ、およびフォトニック集積回路のうち少なくとも１つを含む、実施形態４記載の受動的位置決め接続構造。
６． 前記位置決めブロックが、前記光学ベンチ上に定められた前記構造化された反射面と前記光電子デバイスとの間において光を通過させるための開口部を含む、実施形態４記載の受動的位置決め接続構造。
７． 前記サブマウントが、前記光電子デバイスの一体の部分である、実施形態１記載の受動的位置決め接続構造。
８． 光学ベンチと光電子デバイスとの間に受動的位置決め接続を設ける方法において、
第１の組の光学的基準マークおよび第２の組の光学的基準マークがその上に定められた光学的に透明な位置決めブロックを設ける工程と、
前記光学ベンチの本体上に、光学的基準マークを含む位置決め特徴部を定める工程と、
前記光学ベンチを、該光学ベンチ上に定められた前記光学的基準マークが前記位置決めブロック上に定められた前記第１の組の光学的基準マークと位置決めされた状態で、前記位置決めブロックに取り付ける工程と、
前記光電子デバイスが支持される支持体上に光学的基準マークを定める工程であって、前記支持体が、該支持体の前記光学的基準マークが前記位置決めブロック上に定められた前記第２の組の光学的基準マークと位置決めされた状態で、前記位置決めブロックに取り付けられる、前記定める工程と
を含むことを特徴とする方法。
９． 前記光学ベンチの前記本体が、前記光学ベンチの前記光学的基準マークを含む前記位置決め特徴部をスタンピングすることを含むスタンピングによって形成される、実施形態８記載の方法。
１０． 前記支持体が、該支持体の前記基準マークがその上に定められたサブマウントを含み、前記光電子デバイスが、前記基準マークとの関係において前記サブマウント上に取り付けられる、実施形態８記載の方法。
１１． 前記光学ベンチが、構造化された反射面を含み、前記位置決め特徴部を定める前記工程が、光ファイバを前記構造化された反射面と光学的に位置決めされた状態に支持する位置決め構造を定めることを含み、前記光ファイバと前記光電子デバイスとの間に前記構造化された反射面を介した光路が定められ、該光路を維持するよう前記光学ベンチが前記光電子デバイスと位置決めされる、実施形態８記載の方法。
１２． 前記光電子デバイスが、送信器、受信器、トランシーバ、およびフォトニック集積回路のうち少なくとも１つを含む、実施形態１１記載の方法。
１３． 前記位置決めブロックが、前記光学ベンチ上に定められた前記構造化された反射面と前記光電子デバイスとの間において光を通過させるための開口部を含む、実施形態１１記載の方法。
１４． 前記サブマウントが、前記光電子デバイスの一体の部分である、実施形態８記載の方法。

【符号の説明】

【0043】

１ 位置決めブロック
２ ＶＣＳＥＬ
４ サブマウント
１０ 光ファイバサブアセンブリ（ＯＦＳＡ）
１１ マイクロ光学ベンチ
１２ 構造化された反射面
１４ 光学的基準マーク
１６ 基部
１７ フェルール
１８ カバー
２０ 光ファイバ
２１ 端部（入力端／出力端）
２４ 光学的基準マーク
２５ 溝
３４ 光学的基準マーク
４４ 光学的基準マーク
１００ 光路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】