(57)【要約】【課題】高い機能信頼性を達成しながら簡単に組み立てることが可能な電気光学構成部品を提供する。【解決手段】光学的接続構造１８と電気的接続構造１７とを介して光学層１６を有するプリント板１３と結合可能な電気光学構成部品１１ａにおいて、光学的接続構造１８と電気的接続構造１７との間に許容差調整のための手段が設けられ、その手段として例えば弾力性の可撓プリント板２３ａとコイルばね３１とを使用し、調整支援手段２９、３０により光学的接続構造１８と光学層１６との間の結合に狭い範囲の許容差を保持しながら、光学的接続構造１８及び電気的接続構造１７の浮動支持を行い、両接続構造１８、１７に対する組み立て精度が異なる電気光学構成部品の組み立てを行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体構造部材上に取り付けるためのインタフェースとして光学的接続構造と電気的接続構造とを有する電気光学部品であって、光学的接続構造（１８）と電気的接続構造（１７）との間に許容差調整部が設けられ、この許容差調整部によって接続構造（１７、１８）の位置が互いに少なくとも自由度に関して切離されていることを特徴とする電気光学構成部品。
【請求項２】
許容差調整部により、光学的接続構造（１８）の設置面２５に垂直なｚ軸の方向における光学的接続構造の位置が支持体構造部材に対し切離されていることを特徴とする請求項１記載の構成部品。
【請求項３】
許容差調整部がｚ軸の方向に弾力性の支持構造からなることを特徴とする請求項２記載の構成部品。
【請求項４】
許容差調整部により、電気的接続構造（１７）の各ｘ軸及びそれに垂直のｙ軸の方向における位置が構成部品の支持体構造部材（１３）に向く取り付け側の面において切離されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の構成部品。
【請求項５】
許容差調整部により、電気的接続構造（１７）のｘ軸及びｙ軸に垂直にあるｚ軸の回りの回転方向における位置が切離されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の構成部品。
【請求項６】
接続構造が弾力的に懸架され、それにより許容差調整部が形成されることを特徴とする請求項４又は５記載の構成部品。
【請求項７】
電気的接続構造（１７）が可撓プリント板（２２ａ、２２ｂ）により支持され、可撓プリント板がその固有の弾性に基づいて許容差調整部を形成するように構成部品内に片持ち式に固定されていることを特徴とする請求項６記載の構成部品。
【請求項８】
可撓プリント板（２２ａ、２２ｂ）が光学的接続構造の構成部品内部にある電気的端子と結ばれていることを特徴とする請求項７記載の構成部品。
【請求項９】
可撓プリント板（２２ａ、２２ｂ）の移動可能性がストッパ（２８）によりｚ軸方向に制限されていることを特徴とする請求項７又は８記載の構成部品。
【請求項１０】
光学的接続構造が支持体構造部材（１３）に対する位置合わせのため調整支援手段（２９、３０）を設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の構成部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持構造部材上に取り付けるためのインタフェースとして光学的接続構造と電気的接続構造とを有する電気光学構成部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭に述べたような電気光学構成部品は刊行物に記載されている（例えば、非特許文献１参照）。この刊行物による電気光学部品は、電気的接続構造を形成する、接触脚として構成された電気的接続要素と、光学的接続構造を形成する光学的結合要素とを備える。この電気光学構成部品は例えば、両側が取り囲まれた光学層により多層に形成されたプリント板上に支持要素により取り付けることができる。その際、接触脚はプリント板の表面によく知られた方法でろう付けすることができ、一方光学的結合要素は光信号の伝送の目的で露出された光学層に向けられる。電気光学構成部品としては例えば電気信号の光信号への変換器がかかわり得るが、その場合電気信号は接触脚を介して構成部品に与えられ、次いで光源の適切な制御によって光信号に変換される。
【０００３】
結合要素と光学層との間の信頼性のある伝送に必要な組み立て精度を保証するため、結合要素には案内ピンが設けられ、この案内ピンがプリント板の適切な精密孔にはまり込む。光学的インタフェースに対し要求される比較的高い組み立て精度が、従って同時に全電気光学構成部品に対して、それ故組み立て精度への要求がそれ自身比較的低い電気的接続構造に対しても、許容し得る位置許容差を決定する。
【非特許文献１】E.Griese等著「Proceedings of SPIE」Vol.4455、Oktober 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、高い機能信頼性を達成しながら簡単に組み立てることが可能な電気光学構成部品を提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は本発明によれば、光学的接続構造と電気的接続構造との間に許容差調整部が設けられ、この許容差調整部によってこれらの接続構造の位置が互いに少なくとも自由度に関して切離されていることによって解決される。許容差調整部は、従って、電気光学構成部品が切離された自由度に関して、光学的接続構造及び電気的接続構造の互いに無関係に生じる位置のずれによって組み立てられ得ることに導く。例えば、自由度はｘ-ｙ-ｚ座標系のｚ軸に相応し、その際ｚ軸は構成部品が組み立てられるべき支持体構造部材の表面に垂直にある。これによって、光学的接続構造と電気的接続構造との、上から支持体構造部材上に設置される構成部品の接合方向における位置許容差が切離され、それによって例えば多層のプリント板の製作の際に支持体構造部材として発生する層の厚さ許容差が調整されることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
ｘ、ｙ及びｚ各方向における接続構造の切離しに加えて、許容差調整部により、ｘ、ｙ及びｚ軸の回りの回転方向における切離しも行うことができる。許容差調整部を形成するために当業者はそのよく知られた手段を使用することができる。適用例に関係して切離される自由度の適切な選択によって、電気光学構成部品は一方では光学的インタフェースの位置許容差についての比較的高い要求を保証しつつ組み立てることができ、他方電気的接続構造の組み立てに対してはSMD技術における通常の比較的大きい許容差ずれが考慮されなければならないだけである。そのことから結果として生じる光学的接続構造と電気的接続構造との異なる大きさの位置ずれは、設けられた許容差調整部により補償される。
【０００７】
このようにして電気光学構成部品の異なる接続構造による冗長決定も避けられる。これにより、電気光学構成部品の組み立てが一方では簡単化される。何故なら、この構成部品は例えば電子機器組み立ての一般に行われている方法によって組み立てることができるからである。その際、適切な組み立て支援手段によって、支持体構造部材に対する光学的接続構造の電子機器組み立てに比較して高い位置精度が保障されなければならないだけであり、一方電気的接続構造の位置精度は電子機器組み立てにおいて通常の許容差要求を満たさなければならないだけである。他方では電気光学構成部品の信頼性のある機能も有利に保証される。何故ならただ光学的接続構造が正確に位置合わせされていなければならないだけであるのに対し、電気的接続構造はそれとは無関係に、支持体構造部材の製作の際に生じる例えば接続端子の許容差を考慮するだけで位置合わせすることができ、その結果電気接触の誤りの少ない形成が保証される。
【０００８】
本発明を発展させたものによれば、許容差調整部により、光学的接続構造の設置面に垂直なｚ軸の方向における光学的接続構造の位置が支持体構造部材に対し切離される。既に述べたように、これによって、多層の支持体構造部材の製造の際に発生する層の厚さ許容差を有利に補償することができる。即ち、特に光学層上に存在する支持体構造部材の被覆層の厚さが変動し得る。光学的接続構造は光学層に関して位置合わせされなければならないこと、そして残りの構成部品（従って電気的接続構造もまた）は被覆層上に支えられていることから、ｚ方向の切離しは構成部品の光学的接続構造と支持体構造部材の光学層との間の信頼性のあるインタフェース形成に有利に導く。
【０００９】
この許容差調整部は、ｚ軸の方向に弾力性の支持構造から有利に構成することができる。この支持構造は、例えば空所中に支持されたコイルばね又は板ばねのような簡単な通常の構造部材により実現することができる。
【００１０】
本発明をさらに発展させたものによれば、許容差調整部により、電気的接続構造の各ｘ軸及びそれに直角に延びるｙ軸の方向における位置が構成部品の支持体に向く取り付け側の面において切離される。これによって、支持体構造部材の表面上の電気的接続構造（ｘ-ｙ平面に平行にある）が光学的接続構造の比較的狭い範囲で許容される位置に無関係に位置合わせされることが可能である。
【００１１】
本発明を同様にさらに発展させたものは、許容差調整部により、電気的接続構造のｘ軸及びｙ軸に垂直にあるｚ軸の回りの回転方向における位置が切離されている。これによって、例えば支持体構造部材と構成部品との間に電気的プラグ接続部を使用する場合に、プラグ接続部に所属するプラグ受け部が許容差による角移動を持って支持体構造部材上に組み立てられたとき生じ得る角移動を有利に補償することができる。従って電気光学構成部品はこの角移動に無関係に、光学的接続構造の位置決めのために必要なその目標位置に置くことができる。
【００１２】
電気的接続構造が切離されるべき場合には、本発明の特別の構成によれば、この電気的接続構造が弾力的に懸架され、それにより許容差調整が形成される。弾力的懸架は、例えば接続構造に接続線により形成することができ、この接続線はその固有の弾性が弾力的懸架として利用し得るように構成部品内に固定される。接続構造が可撓プリント板により支持されるようにすると特に有利であり、この可撓プリント板は片持ち式に構成部品内に固定され、その固有の弾力性に基いて許容差調整部を形成する。それ故可撓プリント板により、許容差調整と電気的接続構造の構成部品内部の電気的接触との機能が１つの統合された構成部品に有利に実現され得る。可撓プリント板の幾何学的形状によって同時に、許容差調整のための特定のばね剛さを実現することができ、その結果電気的接続構造は可撓プリント板の力のかからない状態でその目標位置（即ち許容差ずれのない）に保持される。
【００１３】
可撓プリント板が光学的接続構造の構成部品内の電気的端子と結ばれている場合には特に有利である。これによって、電気的接続構造と光学的接続構造との間に必要な電気接続が同様に可撓プリント板によって有利に形成され、それにより構成部品に対する製作費が減ぜられる。さらに可撓プリント板はその固有の弾力性に基づいて光学的接続構造に対してもばね支持構造として有利に使用することができる。
【００１４】
さらに、可撓プリント板のｚ軸方向の移動可能性をストッパによって制限するようにすると有利である。これによって、構成部品の支持体構造部材上への装着方向及び従って電気的接続構造としての例えば電気的プラグ接続部の差込方向に相応するｚ方向において、電気的接続構造の動きが制限され、その支持体構造部材上の信頼性のある設置が保障される。これによって、例えばプラグ接続部の係合が可能となり、また電気的接続構造の接触脚が支持体構造部材の接触個所上に信頼性をもって押し付けられる。
【００１５】
本発明の更に進んだ構成によれば、光学的接続構造が支持体に対する位置合わせのための調整支援手段を備える。この調整支援手段は、例えば案内ピンから形成することができ、案内ピンは支持体構造部材から突出し、光学的接続構造の適切な案内孔にはまりこむ。その際従って機械的なインタフェースが関係し、そのインタフェースは光学的接続構造と支持体構造部材との間の許容される位置許容差を越えることを阻止する。その際支持体構造部材上の光学的接続構造の位置合わせは、上述の許容差調整によってのみ可能である。
【実施例】
【００１６】
次に本発明を図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
【００１７】
電気光学構成部品１１ａは支持要素１２により、多層のプリント板として形成された支持体構造部材１３上に固定されている。支持体構造部材１３は支持体層１４と被覆層１５とからなり、支持体層１４と被覆層１５との間に光学信号を伝達するための光学層１６が閉じ込められている。被覆層１５はさらに、図示されていない導体路及びろう結合のための接触面とを備える。構成部品はプラグ１７の形態の電気的接続構造と、継ぎ部１８の形態の光学的接続構造とを有する。プラグ１７は支持体構造部材１３上に上記の接触面と結合された受け部１９に保持され、一方継ぎ部１８は光学層１６上に直接置かれ、光学層１６はこの目的で光学的インタフェース２０の領域で被覆層１５を取り除かれている。
【００１８】
構成部品１１ａは、支持要素１２によって支持され冷却フィンを有するハウジング２１を備え、このハウジング２１内にプラグ１７及び継ぎ部１８が可撓プリント板２２ａによって保持ないし案内されている。可撓プリント板２２ａは詳細には示されていない導体路を有し、この導体路はプラグ１７及び光学的接続構造（継ぎ部１８）の接触のために用いられる。可撓プリント板上には、他の電気的及び光学的機能素子２３、２３ａが電気的に接触せしめられ得る。機能素子２３ａとしては、プラグ１７を介して与えられる電気信号に関係して光信号を発生するための電気光学変換器、特にVCSELダイオード（vertical cavity surface emitting laser）が問題になる。発生したレーザ放射は、継ぎ部１８内に保持された光導波路２４を介して光学的インタフェース２０及び従って光学層１６に供給される。
【００１９】
可撓プリント板２２ａの弾力性は、許容差調整を実行するために使用される。図１には、許容差調整によって切離された自由度２６ｘ及び２６ｙ（図１のｘ軸及びｙ軸で表示された座標系参照）が示されている。プラグ１７に対しては可撓プリント板２２ａはｚ方向に弾力のあるＵ字状の湾曲ばねとして形成され、このばねは同時にほどけることにより自由度２６ｘを可能にする。プラグのｚ方向への動きは、ゴムからなるストッパー２８によって制限され、その結果、構成部品１１ａがその組み立て側で被覆層１５上に装着されたとき、プラグ１７と受け部１９との間に生ずるｚ方向のはめ込み力は克服される。
【００２０】
図面に垂直に延びるｘ-ｙ平面における構成部品１１ａの位置は、光学層１６上の設置面２５との継ぎ部１８の狭い許容範囲の組み立てにより定められる。高精度の位置決めを行うため、継ぎ部１８の段部に案内ピン２９が挿入され、この案内ピンは支持体構造部材の精密孔３０にはまり込んでいる。継ぎ部１８とプラグ１７との間のｚ方向の位置ずれは、被覆層１５の厚さ許容差に基づき生じ得るものであるが、継ぎ部１８に対するｚ方向の自由度２６ｚを作り出すコイルばね３１によって調整される。
【００２１】
案内ピン２９及び精密孔３０からなる構成部品１１ａに対する調整支援手段並びに支持要素１２は、構成部品１１ａに対し機械的インタフェースを生ぜしめ、このインタフェースは、支持構造部材１３に関する構成部品１１ａの３つのすべての空間方向（x、y、z）における位置を設定する。この際、プラグ１７及び継ぎ部１８に対する許容差調整は、ハウジング２１が機械的インタフェースによって定められた位置にある場合には光学的及び電気的接続構造が許容差内で組み立てられ得ることを保証する。機械的、光学的及び電気的インタフェースは従って構造により互いに直接関係し、その際許容差調整の適切な構成は構成部品１１ａと支持体構造部材１３との間の結合の機械的な冗長決定又は不足決定を阻止する。
【００２２】
次の図には構成部品１１ａの変形が示され、そこでは図１に既に取り入れられた符号が使用され、一致している限りさらに説明することはされない。図１〜３に示される個々の要素の構造的な新しい可能性は、図に示されていない任意の他の構成とさらに組み合わせ得ることである。
【００２３】
図２による構成部品１１ａに使用される可撓プリント板２２ｂは、ばね要素として可撓プリント板の曲げ抵抗を減じる波型領域３２を有する。特に、自由度２６ｘに沿うプラグ１７の許容差に基づく変位は波型板の湾曲中に生じる曲げ変形によって食い止められる。可撓プリント板はさらに、端部に機能要素２３ａ及び光導波路２４が取り付けられている光学的接続構造を収容するための渦巻きばねを形成する。この取り付けは同時に、ｚ軸の回りの図に示す自由度２７ｚに相応した光学的接続構造の回転を可能にする。
【００２４】
図３ａでは、構成部品１１ｃにおいて継ぎ部１８に対し、許容差調整はｘ-y平面の自由度２６ｘ、２６ｙにより実現される。この目的で継ぎ部１８はｘ方向に案内ブリッジ３３内で位置を変えることができ、この案内ブリッジはまたハウジング２４内でｙ方向に位置を変えることができる。
【００２５】
図３ｂは図２の断面III-IIIを示し、プラグ１７がその上に取り付けられた可撓プリント板２２ｂ及び波型領域３２と共に認められる。波型領域は狭いウエブとして作り上げられ、このウエブは互いに無関係に変形することができ、従って自由度２６ｘ、２６ｙに相応する動き（ｘ-ｙ平面における位置変化）及び自由度２７ｚに相応する動き（ｚ軸の回りの回転）を可能にする。さらに図３ｂには図２に示すものに相応する断面II-IIが記入されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例の組み立てた状態の断面図を示す。
【図２】本発明の異なる実施例の断面図を示す。
【図３】本発明の実施例のハウジングを切り欠いて上から見た光学要素のための，ａはｘ-ｙ許容差調整の説明図、ｂは図２のIII-III断面を示す。
【符号の説明】
【００２７】
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  電気光学構成部品
１２  支持要素
１３  支持体構造部材
１４  支持体層
１５  被覆層
１６  光学層
１７  プラグ
１８  継ぎ部
１９  受け部
２０  光学的インタフェース
２１  ハウジング
２２ａ、２２ｂ  可撓プリント板
２３  電気的機能素子
２３ａ  光学的機能素子
２４  光導波路
２５  設置面
２６ｘ、２６ｙ、２６ｚ、２７ｚ  自由度
２８  ストッパ
２９  案内ピン
３０  精密孔
３１  コイルばね
３２  波型領域
３３  案内ブリッジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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