(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料内に埋め込まれた第１の光伝送手段を、該複合材料の外部にある第２の光伝送手段へ結合する方法であって、
超小型の基板上に、前記第１の光伝送手段との間で入力または出力する光を光学的に処理するための光学的処理手段を設けるとともに、該超小型の基板を使用して前記第１の光伝送手段を該光学的処理手段に固定する段階と、
前記複合材料内に埋め込まれた前記第１の光学手段の位置を位置決めする段階と、
前記複合材料内に前記第１の光伝送手段への通路を形成する段階と、
前記通路と前記第１の光伝送手段との交差部に前記第１および第２の光伝送手段との間の光学的接続を設定する段階とを含む方法。
【請求項２】
前記通路を形成する段階には、前記複合材料の外側表面から前記第１の光伝送手段へ穿孔または機械加工することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記通路を形成する段階には、レーザを使用して、前記第１の光伝送手段ヘアクセスする前記複合材料の外側表面を照射する段階を含み、該レーザ照射段階で使用される光が、前記第１の光伝送手段と光学的に結合されるのを防止する段階をさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記防止する段階には、前記レーザ照射段階で使用される光の波長と前記第１の光伝送手段で使用される光の波長とを区別し、前記レーザ照射段階で使用される光を前記第１の光伝送手段へ伝送するのを防止することを含む請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第１の光伝送手段の位置を位置決めする段階には、前記複合材料内の第１の光伝送手段の位置を示すために埋め込まれた検出可能な位置マーカを使用することを含む請求項１ないし４の何れか１項記載の方法。
【請求項６】
前記通路を形成する段階には、深さマーカを使用して、前記通路が正しい深さに形成されたときを示すことを含む請求項１ないし５の何れか１項記載の方法。
【請求項７】
前記位置マーカまたは前記深さマーカが犠牲コーティングを含み、前記レーザ照射段階には、前記通路の形成後に前記コーティングを取除いて、前記第１の光伝送手段にアクセスすることをさらに含む、請求項４または５に従属するときの、請求項５または６記載の方法。
【請求項８】
前記第１の光伝送手段の位置を位置決めする段階または前記通路を形成する段階には、結像技術を使用して前記複合材料内に前記位置マーカまたは前記深さマーカの位置を位置決めすることを含む請求項５ないし７の何れか１項記載の方法。
【請求項９】
インターフェイス表面で前記第１の光伝送手段と光通信状態とするべく前記通路内でインターフェイス手段を整列させる段階と、前記第２の光伝送手段ヘアクセスできるように前記インターフェイス手段を配置する段階とをさらに含み、前記整列させる段階では、前記複合材料内に埋め込まれた整列構造を使用して、前記インターフェイス手段を前記第１の光伝送手段と整列させる請求項１ないし８の何れか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記光を光学的に処理する段階には、光ビームを平行化することを含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
複合材料内に埋め込まれた第１の光伝送手段を、該複合材料の外部にある第２の光伝送手段へ接続するための光学的結合であって、
前記第１の光伝送手段との間で入力または出力する光を光学的に処理するための光学的処理手段に設けられるとともに、前記第１の光伝送手段に固定されるもので、前記光学的処理手段とともに前記複合材料内に埋め込まれた超小型の基板と、
前記複合材料内に埋め込まれた前記第１の光伝送手段の位置を位置決めするための手段と、
前記複合材料内に形成され、前記埋め込まれた第１の光伝送手段への通路と、
前記通路と前記第１の光伝送手段との交差部において前記第１および第２の光伝送手段の間に設定された光学的接続とを含む光学的結合。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、インターフェイスしている（インターフェイス用）光伝送構造、限定はしないが、とくに航空機パネルのような複合材料内に埋め込まれた、光ファイバのような第１の光伝送手段を、複合材料の外部にある光ファイバのような第２の光伝送手段へ結合（カップリング）するための方法および装置に関係する改良に関する。本発明はさらに、最小数の段階で結合を行って、結合手続きを簡単にする方法または装置に関する。
【０００２】
従来の技術
本発明の文脈において「複合構造内に埋め込まれた（embedded within a composite)」という表現は、物品を複合材料によって可能な接続点で完全に取り囲んで、製造後にその複合材料の外側表面の下に置くことを意味することを意図されている。このような埋め込まれた物品は、外側表面に露出されず、複合材料の内部に入ることによってのみアクセスすることができる。
【０００３】
ここで使用されている‘複合材料（composite）’という用語は、光伝送手段を保持するいずれもの支持構造を指すものと広く解釈されるべきものである。一般的な複合材料（複合構造）には、航空機パネル、および例えばプラスチック材料、炭素繊維、ガラス、または金属から作られている多層構造を含む他の支持構造がある。
【０００４】
光ファイバおよび高性能の複合材料は、航空機産業において軽金属および電気配線の従来のシステムに勝るものとしてより多く受け入れられてきている。光ファイバを使用すると、例えば重量が軽減されること、ノイズのピックアップおよび信号の偶発的な放射といった電磁気の問題がなくなること、生材料のコストがより廉価になること、および潜在的に危険な導電路がなくなることといった多くの長所がある。これらの長所は明らかに望ましいが、航空機内における光学系の使用には、それ自身の特別な特徴があり、従来のシステムに関係する長所とは異なっているので、この新しい技術を受け入れるときを遅らせなければならない（受け入れには時間がかかる）。
【０００５】
複合構造内に埋め込まれた光ファイバには、（例えば、ひずみ、温度についての）素晴らしい分散形の埋め込まれた感知機能および埋め込まれた通信リンクの潜在性を与えることができる。このような埋め込まれた光ファイバ構造の証明済みの機能にも関わらず、埋め込まれた光ファイバとの間にインターフェイスを付けること、すなわち、光の発射（ｌaunching）および抽出（extracting）の最良の方法に関して問題が残っている。USP 第5,299,273 号に記載された１つのやり方は、比較的に大きいコネクタを、光ファイバを埋め込んだ複合材料の積層部分へ接続することを含む。光コネクタは、光ファイバの経路を横切って構造をトリミングして、ファイバの端部を露出させ、構造表面と水平にすることによって取り付けられる。次に光ファイバを研磨して、マイクロポジショニング技術を使用してコネクタを嵌め合せて、コネクタおよび光ファイバを正しく整合させる。
【０００６】
他の現在の解決案では、精密な埋め込まれたファイバを、埋め込まれた光ファイバの端部または側部において、複合材料の表面または縁端部（いわゆる、「フライングリード  （flying leads）」、または複合材料表面内の埋め込まれたファイバコネクタから出して、続いて外部にある光デバイスまたは他の光ファイバへ接続することを含む。後者のタイプの結合の例は、USP 第5,809,197 号、および文献（S.Me11er,J.Greene,C.Kozikowski,K.Murphy,R.Claus,“ Polymer and Metal-Matrix Composite-Embedded OpticalFibres for Avionoics Communications Links ”，SPIE Proceedings,V0l.3042,pp.383-388,1997 ）に示されている。
【０００７】
「フライングリード」は複合材料の使用中における潜在的な単独で存在する故障点であるので、フライングリードを用意することには問題がある。ファイバは、損傷を受け易いことに加えて、複合材料の製造（レイアップ法）中に管理されなければならず、製造の複雑性、時間、およびコストを増す。同様に、複合材料の表面に従来の埋め込まれたコネクタを用意することも、とくに、これらの従来の埋め込まれたコネクタは相当に嵩高（バルキイ）であり、かつ慎重な保護を必要とするので、製造プロセスを複雑にする。さらに加えて、これらのコネクタの周りに樹脂を付着させると、（フライングリードの場合にも）脆化および異物混入の影響を導く。
【０００８】
一般的に言うと、上述の方法の全てには、複合材料を製造プロセス中に‘仕上げる’必要があるときは、複合材料から出ている光ファイバと複合材料の表面にある埋め込まれたコネクタとに対する潜在的な損傷の問題がある。これらの問題は、航空機産業内における埋め込まれた光ファイバシステムの全般的な受け入れを妨げている。
【０００９】
上述の問題を克服するか、または少なくとも実質的に低減することが望ましい。
【００１０】
本発明では、複合材料上での、トリミングおよびルート設定のような製造プロセスの完了後まで、埋め込まれた光ファイバまたは光コネクタを複合材料の表面に露出させる必要がないことが分かるであろう。これらの製造プロセスが完了すると、埋め込まれた光ファイバまたは光コネクタが位置決めされ、この光コネクタへの通路を複合材料内に形成することができる。このやり方では、上述の問題を実質的に軽減することができる。
【００１１】
発明が解決しようとする課題
とくに、本発明の１つの態様にしたがって、複合材料内に埋め込まれた第1の光伝送手段を、複合材料の外部にある第２の光伝送手段へ結合する方法であって：複合材料内に埋め込まれた第１の光学手段の位置を位置決めすることと；複合材料内に第１の光伝送手段への通路を形成することと；通路と第１の光伝送手段との交差部に第１と第２の光伝送手段との間の光学的接続を設定することとを含む方法を提供する。
【００１２】
本発明では、要求されるときまで、すなわち複合材料の製造後まで、光伝送手段を複合材料内に（アクセスできないように）隠すことができる。伝送手段へのアクセスは、要求に応じて回復することができる。完全な埋め込みおよび回復についてのこの概念では、製造後も余分を複合材料へ組込まれていてもよいことが好都合である。予備の埋め込まれた光伝送手段またはインターフェイスの光学系、あるいはこの両者は、複合材料内に埋め込まれており、要求されるまで、例えば既存の光伝送手段またはインターフェイス、あるいはこの両者が損傷するときまで、構造内に隠されたままである。これらのリンクも複合材料の製造時には隠されており、例えば精密なトレーリングリードを外部で管理する必要はない。新しい光通信チャンネルまたは感知機能が要求されるとき、選択された伝送手段の位置が検出され、伝送手段へアクセスするための適切な通路を形成することができる。したがって、複合構造の外部に追加の光伝送手段を必要とせずに、追加のリンクまたは感知機能、あるいはこの両者を用意することができる。
【００１３】
本発明はさらに、軽減された製造の複雑性、時間、およびコストに関して長所を与えている。従来のシステムと比較して、接続を設定するために必要とされる全動作数も低減することができる。さらに本発明は、航空宇宙産業において埋め込まれた光ファイバシステムの実現を速めると考えられる。
【００１４】
この方法にはさらに、通路と第1の光伝送手段の交差部に高品質の光インターフェイス表面を用意することを含む。高品質の光インターフェイス表面は、第１の光伝送手段が複合材料内に埋め込まれているときに用意されることが好ましい。本発明において使用されている‘高品質の光インターフェイス表面’という用語では、別の光表面に結合できる表面であって、表面の研磨のような品質向上処理を必要とせずに（信号の損失が許容可能に低レベルである）基準を満たした光インターフェイスを用意した表面を示すことが意図されている。このような高品質の表面を与えることによって、研磨段階のような追加の処理段階を設けて、光を伝送するのに基準を満たした品質の光インターフェイスを生成する必要がないので、第１の光伝送手段への相互接続はより簡単になる。
【００１５】
通路を形成する段階には、複合材料の外側表面から複合材料を通って第１の光伝送手段へ穿孔または機械加工することと、第１の光伝送手段を切断することとを含む。これは、容易に入手可能なツールを使用して複合材料内に通路を生成する最も簡単なやり方の１つである。この場合に、光インターフェイス表面を用意する段階は、第１の光伝送手段の切断された部分を研磨することを含むことが好ましい。研磨段階は、第１の光伝送手段の切断された部分を高品質の光インターフェイスへ変えるのに必要である。
【００１６】
通路を形成する段階には：複合材料を通って第１の光伝送手段まで穿孔または機械加工することと；通路を閉じるための保護プラグを通路に用意することと；光学的接続を形成する段階の前に保護プラグを取除くこととを含む。このやり方では、複合構造に対する製造プロセスの完了前に第１の光伝送手段へのアクセスが設定されることが好都合であり、プラグを用意することによって通路および第1の光伝送手段を保護することができる。
【００１７】
通路を形成する段階には、（特定の複合材料を機械加工するのに適した）レーザを使用して複合材料の外側表面を照射して、第１の光伝送手段にアクセスすることを含むことが好ましい。さらに加えて、レーザ照射段階には、エキシマレーザを使用することを含むのが好ましい。レーザ照射は、複合構造内に第１の光伝送手段への通路を形成する非常に正確なやり方を与えることが好都合である。さらに、エキシマーレーザ手段を使用して、複合材料の加熱作用を軽減して、通路を形成することができる。
【００１８】
通路を形成する段階には、深さマーカを使用して、通路が正しい高さまで形成されたときを示すことを含む。これは、切除に使用する光を反射についてモニタして、正しい深さを表わす反射マーカに到達したときを判断するレーザ加工において、とくに有益である。
【００１９】
レーザを使用するとき、この方法は、レーザ照射段階で使用する光が、第1の光伝送手段と光学的に結合されるのを防止することをさらに含む。このような段階の目的は、レーザ照射の波長によって発生する第1の光伝送手段への損傷を防止することである。
【００２０】
これに関して、レーザ加工段階で使用される光の波長と第1の光伝送手段で使用される光の波長とを区別することと、レーザ加工段階で使用される光を第１の光伝送手段へ送るのを防止することとを含むことが好ましい。これは、レーザ光と、最低数の複合材料を効果的に使用する第1の光伝送手段との光学的結合を防止する1つのやり方を与える。２つの波長は、例えば波長選択ミラーまたはビームスプリッタとによって区別することができる。光の２つの波長を区別するとき、別の光学的結合を防止する１つの簡単な好ましいやり方では、防止段階において、レーザ加工段階で使用される光を、複合材料内に用意された少なくとも1つの光ビーム吸収手段へ送ることを含む。
【００２１】
第１の光伝送手段の位置を判断するために、位置決め段階には、埋め込まれた検出可能な位置マーカを使用して、複合材料内に第1の光伝送手段の位置を示すことを含む。これは、位置決め段階によって複合材料の素材および第1の光伝送手段とが容易に区別できないときに有益である。
【００２２】
本発明の実施形態では、深さマーカは位置マーカを含み、したがって追加の複合材料数は効果的に低減される。さらに、位置マーカまたは深さマーカは犠牲コーティングを含み、レーザ照射段階には通路形成後にコーティングを取り除いて、第１の光伝送手段にアクセスすることをさらに含む。このやり方では、通路の正確な深さを高い精度で制御することができる。
【００２３】
第1の光伝送手段の位置を位置決めする段階または通路を形成する段階は、結像技術を使用して複合材料内で位置マーカまたは深さマーカの位置を位置決めすることを含む。このやり方では、第１の伝送手段の位置のマップは次の通路形成のために判断される。結像技術はＸ線結像プロセスを含むことが好ましい。この非侵入方法（non-invasive method）は非常に差別的であり、例えば、光ファイバと炭素繊維またはプラスチックの複合材料とを区別することができる。
【００２４】
相互接続のインターフェイスに関して、光学的接続を設定する段階には、光インターフェイス表面に熱膨張したコアの光繊維を用意することを含んでもよい。これは、相互接続点における整列の制約を低減して、相互接続プロセスを容易にする。
【００２５】
この方法はさらに、光通信している通路内のインターフェイス手段と、第1の光伝送手段とを、インターフェイス表面において整列させることと、インターフェイス手段を第２の光伝送手段にアクセス可能に配置することとを含む。インターフェイス手段は第１と第２の光伝送手段を光学的に相互接続できるようにし、インターフェイス手段を移動して、第1の伝送手段と第２の伝送手段との間の調節可能な相互接続の整列を容易に行う。
【００２６】
整列段階には、複合材料内に埋め込まれた整列構造を使用して、インターフェイス手段と第1の光伝送手段とを整列させることを含むことが好ましい。これは、整列の手続きによって著しい遅延を発生させずに正確に相互接続できるので、相互接続プロセスを効果的に速める。
【００２７】
この方法は、Ｘ線リトグラフ技術を使用して複合材料内に埋め込まれた整列構造を形成することをさらに含む。この技術は特別なツールなしに三次元構造の形成を簡単にするが、この三次元構造を形成するには機械加工のスキルが必要とされる。むしろ、三次元構造はコンピュータ制御のもとで例外的な反復性をもって生成される。
【００２８】
この方法はさらに、複合材料内に埋め込まれていて、かつ第1の光伝送手段へ光学的に接続された光学的処理手段によって第1の光伝送手段との間で入力または出力する光を光学的に処理することをさらに含む。光学的結合について常にいくつかの損失があるが、光学的処理によって光インターフェイスにおいて光を強化して、光学的結合の効率を向上することができる。さらに加えて、第１の光伝送手段からの光を操作して、複合材料からの抽出を最適化することができる。例えば、光を光学的に処理する段階には光ビームをステアリング（操縦）することを含む。とくに、ステアリング段階には、ビームスプリッタまたは超小型の回転ミラー（micro-turning mirror）を使用することを含んでもよい。さらに光を光学的に処理する段階は光ビームを平行化することを含み、光ビーム平行化段階にはグレーデッドインデックスレンズまたはグレーデッドインデックスファイバを使用することを含む。光ビームを操作するこれらの異なる方法の全ては、複合材料への入力および複合材料からの出力についての望ましい位置に関わらず伝送特徴を最適化するインターフェイシングプロセスを効果的に構成することができる。
【００２９】
この方法は、微小の基板上の光学的処理手段を用意することと、超小型の基板（micro-substrate）を使用して光学的処理手段へ第1の光伝送手段を固定することをさらに含む。この方法は、光学的処理手段と第1の光伝送手段との間に、安全でひずみを軽減する接続を与えることが好都合である。さらに、超小型の基板は光学的処理手段自体よりも容易に整列できるので、光学的処理手段の方向を制御することができる。
【００３０】
この方法は、超小型の基板上に整列構造を用意することをさらに含んでもよい。このやり方では、１つのみの超小型の基板を用意して、他の専門の構造を必要とせずにいくつかの機能を実行することが必要である。したがってコストを低減することが好都合である。
【００３１】
第1の光伝送手段は細長い構造を含み、光学的接続を設定する段階は細長い構造の側部に対して行われる。この場合に、光インターフェイス表面を用意する段階は、第１の光伝送手段に光学的に接続された第1のエバネッセント（次第に消失していくモードの）結合手段を用意することを含むことが好ましい。これは、第１の光伝送手段から第２の光伝送手段へ光信号のいくつかを切り離す効果的なやり方である。
【００３２】
光学的接続を設定する段階は、第２の光伝送手段に光学的に接続された第２のエバネッセント結合手段を用意することと、第２のエバネッセント結合手段を第１のエバネッセント結合手段と整列させることとを含むことが好ましい。相互に協働するエバネッセント結合を用意すると、結合プロセスの効率は最大化する。
【００３３】
最も費用効果が高く、かつ効率的な光伝送システムのいくつかが現在使用可能であるので、第１および第２の光伝送手段は光ファイバを含むことが好ましい。
【００３４】
超小型の光学素子または素子のアセンブリは、製造時にファイバと一緒に完全に埋め込まれることが好ましい。超小型の光学系のパッケージは、多数の技術に基いている。グレーデッドインデックス（Graded Index, GRIN）レンズまたはファイバを、埋め込まれたシステムのファイバへインターフェイス（例えば、スプライス）させて、（インターフェイスの残りの半分に簡単に整列するために）ビームの平行化を行うことができる。
【００３５】
埋められた超小型の光学系を機械加エレーザ（またはその代わりのプロセス）で「検出する」ことが必要である。しかしながら、目標のサイトは、複合材料のＸ線で見ることができる構造を埋め込むことによって、機械加工（例えば、金属コーティング）する前に容易に識別することができる。
【００３６】
ＴＥＣ（熱膨張したコア）光ファイバを使用して、恐らくは埋め込まれた光ファイバにスプライスするか、またはシステムファイバの端部に形成していることができる埋め込まれたファイバのコアを拡張して、整列の制約を緩めることができる。
【００３７】
本発明では、埋め込まれた光ファイバおよび超小型の光学素子で複合材料を形成することができる。複合材料は、いくつかの製造段階を介して処理され、完成した複合材料が生成される。複合材料のＸ線の結像によって光ファイバまたは超小型の光学素子、あるいはこの両者の位置を判断することができ、複合材料上で次に使用するためにマーキングを与えることができる。これらのマーキングは埋め込まれた光ファイバまたは超小型の光学素子、あるいはこの両者にアクセスするための穿孔点を表わしている。
【００３８】
本発明の別の態様にしたがって、複合材料内に埋め込まれた第1の光伝送手段を、複合材料の外部にある第２の光伝送手段へ接続するための光学的結合であって：複合材料内に埋め込まれた第１の光伝送手段の位置を位置決めするための手段と；複合材料内に形成された、埋め込まれた第１の光伝送手段への通路と；通路と第1の光伝送手段との交差部において第１および第２の光伝送手段の間に設定された光学的接続とを含む光学的結合を提供する。
【００３９】
ここで本発明の現在の好ましい実施形態を添付の図面を参照して記載することにする。
【００４０】
発明の実施の形態
ここでは図１ａ、１ｂ、および１ｃを参照して、本発明の第1の実施形態にしたがって、炭素繊維の航空機の複合材料12内に埋め込まれた光ファイバ10を、複合材料12の外部に用意された別の光ファイバ14へ結合する方法について記載する。光ファイバ10は複合材料12の製造時に埋め込まれ、光ファイバ10は複合材料12の接続表面16まで延びていないので、可能な全接続点において複合材料12の外側表面16から効果的に隠されている。このやり方では、複合材料12の接続表面16は、光ファイバを損傷せずに製造プロセスにおいて仕上げることができる。
【００４１】
図１ａは、製造の仕上げプロセスを経た光ファイバ10を埋め込んだ航空機の複合材料12の一方の端部17を示している。複合材料12の他方の端部は、図示されていないが、図１ａに示した一方の端部に類似していてもよい。埋め込まれた光ファイバ10への光学的接続を形成するために、複合材料12はＸ線によって走査され、その結果複合材料12内に光ファイバ10の正確な位置を設定する。光ファイバの位置は容易に判断できないので、複合材料内の構造について特別な検出の特徴（フィーチャ）を与える必要はない。埋め込まれた構造の画像の向上が要求されるときは、（埋め込み前に）選択的なファイバのコーティングを使用することができる。この結果を使用して、複合材料12の外部から埋められた光ファイバ10へのアクセスを生成するための穿孔点18を判断する。
【００４２】
埋められた光ファイバへのアクセスは、図１ｂに示したように、判断された穿孔点18から複合材料12を通る開口部（通路）20を穿孔することによって複合材料12内に設定される。開口部の穿孔は、生産実務上受け入れられているやり方であり、複合材料の製造において一般的に行われている。こうして形成された通路20は、光ファイバ10と交差して、それを切断する。光ファイバ10の面上で光学的な仕上げを復元するために、すなわち光ファイバ10の切断された部分22に高品質の光インターフェイスを形成するために、切断された部分22は、ここでは説明を加える必要のない一般的な研磨プロセスを使用して研磨される。しかしながら、研磨プロセスは通路20内から実行されることが分かるであろう。
【００４３】
図１ｃに示したように、切断された光ファイバ12の研磨された端部24へプラグ接続が行われる。とくに、内部の光伝送経路28をもつコネクタプラグ26は、通路20内に挿入され、伝送経路28の一方の端部を光ファイバ10の研磨されて切断された端部24と光学的に整列するように位置付けられる。コネクタプラグ26は、内部の光伝送経路28を介して埋め込まれた光ファイバ10へ光を導き、また埋め込まれた光ファイバから光を抽出するように働く。整列技術を使用することができるが、本発明の実施形態では、３軸並進の超小型（微細な、マイクロな）の位置付け機構（three-axis translation micropositioning mechanism）（図示されていない）を使用して、内部の光伝送経路28を移動して、通路内の経路およびプラグ26の関連する位置、したがって光の整列を固定する前に結合を最大化することによって、整列がコネクタプラグ26内に組込まれる。
【００４４】
インターフェイスコネクタ30は、コネクタプラグ26の内部の光伝送経路28の他方の端部に光学的に接続される。図１ｃに示した接続された状態では、インターフェイスコネクタ30内の内部の光路32は、インターフェイスコネクタ30に取り付けられた外部の光ファイバ14へ通じている。このやり方では、埋め込まれた光ファイバ10と外部の光ファイバ14との間の光学的接続を設定することができる。
【００４５】
埋め込まれた光ファイバ10と外部の光ファイバ14との間の接続は複合材料12の一方の端部17に示されているが、上述の接続手続きは複合材料12の両端部で行なわれる。この手続きでは、複合材料12の外側表面16から全く現われていない埋め込まれた光ファイバ10の何れかの端部へ、外部の光ファイバ14を接続する。このやり方では、複合材料12内に完全に収容された光ファイバ10は、光信号を伝送するためか、または複合材料が露出される環境条件を感知するために使用することができる。
【００４６】
上述の第１の実施形態の代わりの実施形態（図示されていない）では、埋め込まれた光ファイバ10が切断されたインターフェイス側で、熱膨張コア（Thermally Expanded Core, TEC）の光ファイバのような膨張したコアファイバを使用することによって、整列の制約を緩和することができる。とくに、ＴＥＣ光ファイバは光ファイバ10へスプライスされ、複合材料内に埋め込まれる。複合材料が走査されるとき、Ｘ線の結果によってＴＥＣ光ファイバの部分を識別し、穿孔点18の位置を設定して、このＴＥＣ光ファイバの部分と交差する通路を生成する。
【００４７】
図２ａを参照すると、ここでは本発明の第２の実施形態が記載されている。第２の実施形態と第１の実施形態との間には多くの類似点があるので、以下では、これらの実施形態間の相違点を記述し、不要な反復を避けることにする。
【００４８】
埋め込まれた光ファイバ42を含む複合材料のパネル40が使用される。光ファイバ42は一方の端部に、製造時に複合材料パネル40内に完全に埋め込まれた超小型の光学素子44をもつ。超小型の光学素子44は、例えばグレーデッドインデックス（Graded Index, GRIN）レンズを含み、ＧＲＩＮレンズを埋め込まれた光ファイバ42へ融着接続し、ビームを平行化（コリメート）して、インターフェイスの他方の半分（すなわち、第１の実施形態におけるプラグコネクタ26およびインターフェイスコネクタ30）と容易に整列する。その代わりに、ＧＲＩＮレンズを適切な長さのＧＲＩＮファイバによって置換してもよい。
【００４９】
複合パネルに対する製浩プロセスを完成する前に、超小型の光学素子44の位置をＸ線走査のような結像技術を使用することによって判断し、超小型の光学素子44への通路46を、例えば穿孔することによって形成する。この実施形態において通路46は、複合材料の端面を介して超小型の光学素子44とインラインで形成される。こうして形成された通路46は一時的に保護プラグ48でシールされ、埋め込まれた超小型の光学素子44を次の複合的な仕上げプロセスから保護する。仕上げプロセスが完了すると、プラグ48が取除かれて、埋め込まれた超小型の光学素子44および埋め込まれた光ファイバ42へのアクセスを行うことができる。プラグ48を取除いて、超小型の光学素子44によって用意された埋め込まれた高品質の光学表面5Oを介して埋め込まれた光ファイバ42へのインターフェイスボートを用意する。外界へのリンクは、第１の実施形態におけるようにコネクタプラグおよびインターフェイスコネクタ（図示されていない）を使用して取り付けられる。ボートの形成は複合材料の仕上げ後に行なわれ、接続が行われてから少し経つまで、プラグのみがインターフェイスの保護を行う。
【００５０】
必要であれば、高品質の光学表面50を保護コーティング（図示されていない）で被覆することができ、この保護コーティングは、例えば光学的接続を形成する直前に化学エッチングによって取除くことができる。さらに加えて、上述の実施形態ではＧＲＩＮレンズを使用しているが、本質的に同じ働きをするＧＲＩＮファイバとＧＲＩＮレンズを置換することもできる。
【００５１】
ここで図２ｂを参照して本発明の第３の実施形態を記載する。第３の実施形態は第２の実施形態と非常に類似しており、したがって不要な反復を避けるために、以下では相違点のみを記載することにする。
【００５２】
第３の実施形態では、複合材料40の上側面52から埋め込まれた光ファイバ42ヘ接続することが望ましい。したがって、超小型の光学素子44には超小型の回転ミラー54が与えられて、埋め込まれた光ファイバ42から超小型の光学素子44を介して放出される光の方向を制御的にステアリングする。第３の実施形態では、４５°のミラー角度をもつ超小型の回転ミラー54を使用して、光を反射して、９０°まで曲げる。生成された光ビームが複合材料40の上側表面52ヘステアリングされるとき、複合材料40の上側表面52から超小型の回転ミラー54へ通路56が用意される。既に記載した第２の実施形態におけるように、複合材料40に対して行われる製造プロセスが完了するまで、通路56は保護プラグ48でシールされる。
【００５３】
ビームのステアリングを行うことを要求されるときに使用できる、超小型の回転ミラー54への別の光ビーム処理要素は、ビームスプリッタ（図示されていない）である。埋め込むことのできる他の超小型の光学構造には、回折格子、導波管、エバネッセントカップラ、波長板、ホログラム、および光フィルタがある。これらの構造はシステムのインターロゲーション（system interrogation、システム問い合せプロセス：システムにデータを送り応答データを受けるプロセス）中に含まれていてもよく、さらに光インターフェイスを用意するのに併せてもよい。
【００５４】
ここで図３ａを参照して、本発明の第４の実施形態を記載する。第４の実施形態は上述の第３の実施形態に類似しており、したがって相違点のみを別途記載することにする。この第４の実施形態では、複合材料が、予め形成され（プレフォームされ）、かつプラグ接続された、光学的処理要素への通路なしに、製造されて仕上げられる。むしろ、通路は、複合材料の製造が完全に完了した後でのみ形成される。とくに、複合材料パネル40は、第３の実施形態におけるように、埋め込まれた光ファイバ42、ビームを平行にする超小型の光学素子44、およびビーム回転ミラー54を構成している。しかしながら、回転ミラー54は、別途記載するように特定の波長選択性をもつ。複合材料はさらに、回転ミラー54の下側に用意された機械加工ビームストップ（machining beam stop）58および結像技術によって容易に検出できる金属の位置マーカ60を含む。
【００５５】
複合材料は、完成すると、Ｘ線を放射されて、位置マーカ60の精密な位置が判断される。穿孔点（図示されていない）を判断して、複合材料の表面上にマークが付される。次に、図３ｂに模式的に示した精密なレーザ加工技術を使用して、穿孔点から複合材料40を通って位置マーカ60および回転ミラー54への通路62が生成される。（例えば）エキシマレーザは、パルスごとに複合材料パネル材料（例えば、炭素繊維）を精密に制御して切除することができるので、焦点合せする光学系64と一緒に使用される。
【００５６】
このアプローチでは、埋め込まれた光ファイバ42と超小型の光学素子44とが、レーザ加工プロセス中に損傷されないことを保証するために、それらを保護することが必要である。したがって回転ミラー54の上部表面には保護用犠牲コーティング66が与えられるが、保護用犠牲コーティング66は通路が形成された後にエキシマレーザによって除去できる。コーティング66は金属であり、通路62の底部の光反射率は製造中にモニタされ、このコーティング66に到達するとき、すなわち通路が正しい深さにあるときを判断できるので、機械加工プロセスを補助する。次に、保護コーティングの厚さに対応して所定の厚さの材料を取除くように、レーザを設定することができる。その代わりに、（特定の光波長吸収性によって）レーザで選択的に切除されるか、または炭素繊維の複合材料40の表面に損傷を与えずに選択的に化学的にエッチングされる銅のような材料から、コーティングを行うことができる。この実施形態の変形では、位置マーカ（目標）60を省いて、金属コーティング66は、Ｘ線結像技術によって容易に検出できるように機能する。
【００５７】
この実施形態では、光伝送波長およびレーザ加工波長は異なるように選択される。さらに加えて、回転ミラー54は波長を選択して反射する特徴をもち、加工レーザ放射を埋め込まれた光ファイバ42内の結合しないことを保証する。とくに、回転ミラー54は、レーザ加工する波長の光を送って、光伝送波長の光を反射する特徴をもつ。レーザ放射が通路62に到達し、回転ミラー54を経由して送られると、レーザ放射を吸収するように、吸収ビームストップ58が位置付ける。
【００５８】
通路62が生成されると、埋め込まれた光ファイバ42への接続は、上述の実施形態において記載したのと類似したやり方で実行される。
【００５９】
ここで本発明の第５の実施形態を図４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、および５ｃを参照して記載する。この第５の実施形態では、光ファイバ70とその側部位置とが結合され、いわゆるエバネッセントカップリングを形成する。エバネッセントカップリングを行なうのは、分岐構造を生成して、光ファイバ70に沿って送られる信号を存在する埋め込まれた光ファイバ70と、光ファイバ70が用意されている複合材料74の外部にある別の光ファイバ72との間を分けることができるからである。この形態のカップリングを使用して、効率的なやり方でファイバへの側部アクセスを行うことができる。
【００６０】
図４ａおよび４ｂは、光ファイバ70の側部結合を生成するのに使用される事前に条件付けをする手続きを示す。この手続きには、研磨ブロック76内に光ファイバ70を位置付けて、ブロック76の研磨表面80から僅かに突き出ている側部位置78で光ファイバ70を保持するようにされている。光ファイバ70の突き出ている側部78は、熟練した受取り人（skilled addressee、当業者の意）にはよく知られている標準の研磨技術を使用して研磨される。
【００６１】
側部が研磨されると、光ファイバ70は、研磨された位置78への結合を容易にするように複合材料74内に埋め込まれる。とくに、図５ａから明らかに分かるように、埋め込まれたエバネッセントカップラブロック82は研磨された側部領域78に与えられれて、所定の接続点において光ファイバ70を支持する。光ファイバ70およびカップラブロック82は複合材料74内に埋め込まれて、複合要素の外側表面に作用する製造プロセスは、光ファイバ70またはカップラブロック82に作用しない。
【００６２】
この実施形態では、カップラブロック82はさらに、結合点のための製造後の位置ロケータとして働き、複合材料74のＸ線走査の結果によって容易に検出される。走査が完了すると、カップラブロック82まで機械加工するための機械加工点を判断し、複合材料74を機械加工して、図５ｂに示したように、光ファイバ70の研磨された側部位置78へアクセスするための浅い通路84を生成する。
【００６３】
こうして形成された通路84は、エバネッセントインターフェイスカップラブロック86を収容するのに十分な大きさをもつ。インターフェイスカップラブロック86は、外部の光ファイバ72の一端を支持し、さらに研磨された側部表面ももつ。インターフェイスカップラブロック86およびカップラブロック82は、結合するために、一緒に接続されて、光ファイバ70、72のそれぞれの研磨された側部を光学的に整列させる。
【００６４】
別の実施形態（図示されていない）では、研磨された側部をもつ光ファイバ70、72は、複合材料74内でＤファイバによって置換される。Ｄファイバは側部の研磨されたファイバに類似しており、ファイバコアの近くに平坦な側部をもち、他の光ファイバの幾何学的形状と比較して整列の許容誤差が小さい。接続領域において、Ｄファイバはインターフェイシングを容易にするための支持ブロックを与えられている。
【００６５】
ここで図６ａおよび６ｂに示した本発明の第６の実施形態を記載する。この第６の実施形態も既に記載した第４の実施形態と非常に類似しているので、不要な反復を避けるために、以下では相違点のみを記載する。
【００６６】
主な相違点は、製造を容易にするために、超小型の光学素子90を超小型の基板92上に形成し、さらにこれを複合材料のパネル94内に埋め込んでいることである。超小型の基板92はシリコンから形成されているが、その代わりに他の材料を使用することもできる。シリコンの機械加工は比較的に簡単であり、溝、ポケット、反射器、および整列マーカ（図示されていない）のような接続構造を形成することができる。これらの接続構造は２つの接続機能を行う。第１に、これらの接続構造では、超小型の光学素子90および光ファイバ96を超小型の基板92上に高精度で一緒に整列させて固定することができ、第２に、超小型の光学素子90と埋め込まれた光ファイバ96との組み合わせを外部のコネクタ（図示されていない）に正確で確実に結合することができる。超小型の基板92は、複合材料の製造時に埋め込まれる。
【００６７】
超小型の光学素子90は、レンズ／光学系／プリズム、さらに加えて窓、あるいは接続のために露出される前に光表面を保護するコーティングを含む。超小型の光学素子90は、アセンブリのＸ線／Ｃ−スキャン（注：産業界でよく使われる用語。音響波の反射を用いてオブジェクトの位置を見付けることに関係して発展した）の位置についての目標マーカを含む。
【００６８】
超小型の光学素子90のための整列構造を生成するために使用できるプロセスは、Ｘ線リソグラフィに基く、いわゆるＬＩＧＡ（Lithographie Galvanoformung and Abformung）プロセスである。このプロセスでは、抵抗層の深いＸ線照射を使用し、次に電気めっきを行って、正確に整列した構造を形成する。これは金属およびセラミックに整列構造を与えて、（主構造から）ＰＭＭＡ（Polymethylmethacrylate、ポリメタクリル酸メチル）およびＰＥＥＫ（Polyetylethylkeytone、ポリメチルエチルケトン）のような強いプラスチック材料から製造される複合材料のような他の材料内に高容積の複製を可能にする。基板92は種々のプロセスから形成されるが、これは単にその中の１つである。他のプロセスには、シリコンのエッチングまたはレーザ加工を含む。整列した基板92および超小型の光学素子90は、製造プロセスおよび航空機／複合材料構造の動作環境の両者に耐えるのに十分に丈夫であるように設計される。
【００６９】
いくつかの光学的処理要素、とくに回転対称（rotational symmmetry）でない光学的処理要素は、複合材料の硬化プロセス（cure process）中に整列不良を生じ易い。これらの要素を含む基板は、このようなずれ（movement）を最小化する。複合材料の処理していない層構造（natural ply structures）は、基板を‘平らに’置いて、他の構造との整列をさらに向上することもできる。
【００７０】
上述の実施形態におけるビーム処理要素として使用できる他の超小型の光学構造には、回折格子、導波管、エヴァネッセントカップラ、波長板、ホログラム、および光フィルタを含む。これらの構造は、システムのインターロゲーション内に含まれ、さらに光インターフェイスを与えることができる。
【００７１】
本発明のとくに好ましい実施形態を記載したが、問題の実施形態は単に例であって、適切な知識および技能をもつ当業者によって変更および変形を、特許請求の範囲に記載されているように本発明の技術的範囲から逸脱することなく生成できることが分かるであろう。例えば、Ｘ線結像は埋め込まれた光ファイバまたは超小型の光学素子、あるいはこの両者の位置を検出する好ましいやり方であるが、超音波結像のような他の技術も適している。さらに、光ファイバをエバネッセントまたはＤ−ファイバカップラへ整列させるのに基板を使用するのも同様に適切なやり方である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  光ファイバを組込んだ航空機の複合材料の模式的な部分断面図であって、本発明の第１の実施形態にしたがう、埋め込まれた光ファイバにインターフェイスする方法における異なるステージを示す図（図１ａ、１ｂ、および１ｃ）。
【図２】  それぞれ本発明の第２および第３の実施形態にしたがっていて、それぞれが光ファイバおよび埋め込まれた光ポートを組込んだ航空機の複合材料の模式的な部分断面図（図２ａおよび２ｂ）。
【図３】  本発明の第４の実施形態にしたがう、光ファイバおよび埋め込まれた光ポートを組込んだ航空機の複合材料の模式的な部分断面図（図３ａ）と、埋め込まれた光ポートへ通じているレーザ加工された通路を形成する方法を示す図３ａの航空機の複合材料の模式的な部分断面図（図３ｂ）。
【図４】  本発明の第５の実施形態にしたがう、側部結合のために光ファイバを用意するのに使用される研磨ブロック内の光ファイバの模式的な斜視図（図４ａ）と、研磨ブロックの長さに沿う図４ａの研磨ブロックおよび光ファイバの模式的な部分断面図（図４ｂ）。
【図５】  図４ａおよび４ｂの研磨された光ファイバを組込む航空機の複合材料の模式的部分断面図であって、本発明の第５の実施形態にしたがう、埋め込まれた光ファイバにインターフェイスする方法の異なるステージを示す図（図５ａ、５ｂ、および５ｃ）。
【図６】  本発明の第６の実施形態にしたがう、光ファイバおよび埋め込まれた光ポートを組込んだ航空機の複合材料の垂直面の模式的な断面図（図６ａ）と、本発明の第６の実施形態にしたがっている、図６ａの航空機の複合材料の水平面の模式的な部分断面図（図６ｂ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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