(57)【要約】【課題】光学バックプレーン・システムのためのカプラ・アセンブリを提供する。【解決手段】  本願発明のカプラ・アセンブリは、バックプレーンに接続された回路パックの光送受信器とバックプレーンの光パイプとの間に光結合を提供するものであり、移動可能な光学素子は、バックプレーンと回路パックとの間の位置合わせ不良を調整して光結合を提供するよう移動することを特徴とする。【選択図】  図１
2005182053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックプレーンに接続された回路パックの光送受信器と前記バックプレーンの光パイプとの間に光結合を提供するように適合された、移動可能な光学素子を備えるカプラ・アセンブリであって、
光パイプが、バックプレーンを介して光学信号を伝送するように適合され、そして、
移動可能な光学素子が、バックプレーンと回路パックとの間の位置合わせ不良を調整して前記光結合を提供するよう移動するように適合されたことを特徴とするカプラ・アセンブリ。
【請求項２】
移動可能な光学素子が、前記光結合を維持するためにバックプレーンと回路パックとの相対的な向きの変化を自動的に追跡するように適合されていることを特徴とする請求項１に記載のカプラ・アセンブリ。
【請求項３】
移動可能な光学素子が、光送受信器と光パイプの間に光を導くように適合された移動可能なミラーを有することを特徴とする請求項１に記載のカプラ・アセンブリ。
【請求項４】
（ｉ）移動可能なミラーはＭＥＭＳデバイスの一部分であること、
（ii）カプラ・アセンブリは、バックプレーンと回路パックとの相対的向きが摂動されたときに前記光結合を維持するよう、移動可能なミラーの向きを動的に変化させるように適合されること、そして、
（iii）光送受信器が２つ以上の光学信号を処理するように適合され、
光パイプは、２つ以上の光学信号を伝送するように適合された２つ以上の導波路を有し、そして、
移動可能な光学素子は、光送受信器と対応する導波路との間でそれぞれが光学信号を結合するように適合された２つ以上の移動可能なミラーを備える、
という３つの特徴のうちの少なくともいずれか１つを特徴とする請求項３に記載のカプラ・アセンブリ。
【請求項５】
移動可能な光学素子は光送受信器と光パイプの間に光を導くように適合された可撓性の光ファイバを有することを特徴とする請求項１に記載のカプラ・アセンブリ。
【請求項６】
前記光ファイバは、光伝播方向が変化している間に前記光ファイバに出入する光を結合するように適合された斜めの表面を備えたファイバ端を有することを特徴とする請求項５に記載のカプラ・アセンブリ。
【請求項７】
光送受信器は２つ以上の光学信号を処理するように適合され、
光パイプは２つ以上の光学信号を伝送するように適合された２つ以上の導波路を有し、
移動可能な光学素子は、光送受信器と対応する導波路との間にそれぞれが光学信号を導くように適合された２つ以上の可撓性の光ファイバを備えることを特徴とする請求項５に記載のカプラ・アセンブリ。
【請求項８】
互いに移動するように適合された第１および第２のヘッドを有し、第１のヘッドを第２のヘッドに対して移動させたときに可撓性の光ファイバは曲がるものであり、
第１のヘッドと第２のヘッドが湾曲部によって接続され、そして、
第１のヘッドがバックプレーンに接続されると共に第２のヘッドが光送受信器に接続されていることを特徴とする請求項５に記載のカプラ・アセンブリ。
【請求項９】
その内部を光学信号が伝送する、光パイプを有するバックプレーン、及び、
（ｉ）バックプレーンに結合された回路パックの光送受信器と、（ii）光パイプ、とを光結合するように適合されたカプラ・アセンブリを備え、前記カプラ・アセンブリは、前記バックプレーンと回路パックの間の位置合わせ不良を調整して前記光結合を提供するように適合された移動可能な光学素子を有することを特徴とするシステム。
【請求項１０】
バックプレーンに接続された回路パックの光送受信器とバックプレーンを介して光学信号を伝送するように適合された光パイプとを結合する方法であって、バックプレーンと回路パックとの間の位置合わせ不良を調整するように、回路パックとバックプレーンとの間に結合されたカプラ・アセンブリの移動可能な光学素子を移動させる工程を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学回路に関し、より具体的には、光学回路部品を有するプリント回路基板アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の電気通信システムやコンピュータ・システムは、典型的には、バックプレーンまたはマザーボードに差し込まれた多数のプリント回路基板（ＰＣＢ）またはカードを有している。このバックプレーンは一般に、これらＰＣＢに対する電力と、ＰＣＢが互いに通信するための通信路とを提供する。大部分のバックプレーンでは、一般に一連の配線である電気的バスが、ＰＣＢ間で通信が行われる主たる手段である。このバスの電気伝送特性は、その材料特性、部品の物理的レイアウト、信号のクロック速度、などによって規定される。電気通信システムやコンピュータ・システムの複雑さが増大するに連れて、バックプレーン内の信号はクロック速度を上昇させて駆動される。しかし、（たとえば、１ＧＨｚを超える）比較的高いクロック速度では、分散（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）、クロストーク、電磁放射の放出および電磁放射に対する感受性によって、電気的バスの動作性能が不満足なものとなることがある。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，００５，９９１号
【非特許文献１】Ｅ．Ｇｒｉｅｓｅ、「Ａ  Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ、２００１年、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．３、３７５頁
【特許文献２】米国特許出願第１０／２６１，０８９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この問題を克服するために、バックプレーンを通過させ電気的バスと光学バスの両方を介して信号を伝送させているバックプレーン・システムが提唱されている。たとえば、こうしたバックプレーン・システムの１つは、その教示を参照により本明細書に組み込むものとする米国特許第６，００５，９９１号に開示されている。しかし、光学バックプレーン・システムに関する問題の１つは、バックプレーンとこのバックプレーン内に差し込まれたＰＣＢとの間で光を適正に結合させるために比較的厳密な位置合わせが必要となることである。たとえば、そのシステムが機械的な振動および／または温度によって生じる変形を受けたとき信頼性の高い動作を提供するために、バックプレーンの光学バスは、対応する光学経路および／またはＰＣＢの光学デバイスと十分良好に位置合わせしなければならない。さらに、一般に必要なバックプレーン／ＰＣＢ位置合わせの精度より厳密でないバックプレーンおよびＰＣＢの製造公差に適切に対処しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従来技術における問題は、光学バックプレーン・システム内で回路パックをバックプレーンに光結合するように適合された本発明の原理によるカプラ・アセンブリであって、回路パックとバックプレーンの間で起こりうる位置合わせ不良を調整することが可能であり、かつ（１）典型的には回路パックを先ずバックプレーンと接続したときに存在する初期位置合わせ不良と、（２）オペレータからの追加的な関与なしに機械的な振動および／または温度によって生じる変形によって生じるのが典型的である後続の位置合わせ不良と、を補正するように適合されたカプラ・アセンブリによって対処される。このために、そのカプラ・アセンブリは、良好な光結合を維持するためにバックプレーンと回路パックの相対的位置の変化を自動的に追跡することができる移動可能な光学素子を利用することが可能である。一実施形態では、その移動可能な光学素子は、その各々がバックプレーン内で回路パックの光学送信器または受信器と光パイプの対応する導波路との間に光を導くように適合されたＭＥＭＳミラーからなるアレイである。別の実施形態では、その移動可能な光学素子は、その各々が光学送信器または受信器と光パイプの対応する導波路との間に結合されている可撓性の光ファイバからなるアレイである。各ファイバの一方の端部は、光パイプに固定的に接続されており、かつファイバと導波路の間に光を導くように適合された斜めの表面を有している。ファイバのもう一方の端部は、ファイバの可撓性により、光結合を劣化させることなく、回路パックとバックプレーンの相対的向きを摂動できるように光学送信器／受信器に固定的に接続される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本明細書における「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」や「ある実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」に対する言及は、この実施形態に関連して記載しているある特定の特徴、構造または特性を本発明の少なくとも１つの実施形態に含めることができることを意味している。本明細書内のさまざまな箇所における「一実施形態では（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という言い回しの記載は、必ずしもそのすべてが同じ実施形態を示したものではなく、また必ずしもその他の実施形態と相互に相容れない別のまたは代替的な実施形態を示したものでもない。
【０００７】
図１は、本発明の一実施形態によるバックプレーン／回路パック・アセンブリ１００の断面図を表している。アセンブリ１００は、その内部を通過させて光学信号を伝送するように適合された光パイプ１０４を備えたバックプレーン１０２を有している。一実施形態では、バックプレーン１０２は、その教示を参照により本明細書に組み込むものとするＥ．Ｇｒｉｅｓｅによる「Ａ  Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ、２００１年、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．３、第３７５頁）と題する記事に記載されている光導波路と同様の光パイプ１０４を形成する光導波路からなる一体のアレイを有するプリント回路基板である。
【０００８】
バックプレーン１０２は、その各々が対応するコネクタ１１４を用いてバックプレーンと接続された２つの回路パック１１２ａ〜ｂを支持する。各回路パック１１２は回路素子１１６を備えたＰＣＢ１１８を有しており、コネクタ１１４はこれらの回路素子に対して電力および電気的接続を提供すると共に、その実施に応じて、回路パックをバックプレーン１０２上の適所に固定することができる。光パイプ１０４を通して光学信号を送信および受信するために、各回路パック１１２は光送受信器１２４およびカプラ・アセンブリ１２６を備えた送受信器パッケージ１２２を有している。各送受信器１２４は、（ｉ）バックプレーン１０２を通して伝送するために電気信号を対応する光学信号に変換するように適合された１つまたは複数の光学送信器と、（ｉｉ）バックプレーン１０２を介して受け取った光学信号を対応する電気信号に変換するように適合された１つまたは複数の光受信器（たとえば、光検出器）と、を有している。各カプラ・アセンブリ１２６は、バックプレーン１０２の開口内に挿入されていると共に、対応する送受信器１２４を光パイプ１０４に光結合する役割をする。対応する送受信器１２４の各光学送信器ごとに、カプラ・アセンブリ１２６は１つのレンズ１３２と１つの移動可能なミラー１３４とを有している。同様に、この送受信器の各光受信器ごとに、カプラ・アセンブリ１２６はさらに、１つのレンズ１３２と１つの移動可能なミラー１３４とを有している。各レンズ１３２は、送受信器１２４から放出された光をコリメートするか、あるいはこの送受信器に入る光を集束するように適合される。同様に、各ミラー１３４は、送受信器１２４の対応する受信器に対して、コリメートした光を光パイプ１０４の対応する導波路に結合するか、あるいは光パイプの導波路からの光をレンズ１３２を通して導くように適合される。図１では、送受信器パッケージ１２２ａおよび１２２ｂが光をそれぞれ放出および受け取るように図示されている。当業者であれば、その異なるミラー１３４を用いることによって各送受信器パッケージ１２２が光学信号を同時に送信および受信できることが理解されよう。
【０００９】
各回路パック１１２が最初にバックプレーン１０２上に装着されたとき、光パイプ１０４の対応する導波路に対する対応する送受信器１２４の受信器および送信器との効率のよい光結合が得られるように、各ミラー１３４の傾斜角が調整される。より具体的には、ミラー制御装置（図示せず）からの制御信号を用いて、光学相互接続が確立されるまである傾斜角範囲にわたって各ミラー１３４が掃引する。次いで、この接続を最適化するようにこの傾斜角が微調整される。初期位置合わせの後に各送受信器パッケージ１２２は、相互接続品質を監視し、また、機械的な振動および／または温度変動によって引き起こされる可能な位置合わせ不良を補正するためにミラー１３４の傾斜角を動的に調整するように構成することができる。送受信器パッケージ１２２に移動可能なミラー１３４を使用しているために、回路パック１１２はバックプレーン１０２の光パイプ１０４と比較的容易に結合させることができるので有利である。さらに、良好な光結合は、アセンブリ１００を動作させた状態で動的に維持することができる。
【００１０】
図２Ａ〜Ｂは、本発明の一実施形態によるバックプレーン／回路パック・アセンブリ１００の各回路パック１１２およびカプラ・アセンブリ１２６のそれぞれに使用することが可能な回路パック２１２およびカプラ・アセンブリ２２６を表している。より具体的には、図２Ａは回路パック２１２に接続される過程にあるカプラ・アセンブリ２２６の３次元斜視図を表しており、また図２Ｂはこのカプラ・アセンブリの３次元分解斜視図を表している。
【００１１】
図２Ａを参照すると、回路パック２１２はコネクタ２１４を備えたＰＣＢ２１８を有し、コネクタ２１４を使用して、回路パックをバックプレーン（図示せず）に取り付けることができる。コネクタ２１４は、各コネクタ１１４（図１）と同様であると共に、回路パック２１２の回路素子に対して電力および電気的接続を提供する。エッジカード・コネクタ２４４および位置合わせピン２４６を用いることにより、ＰＣＢ２１８上に装着された送受信器２２４にカプラ・アセンブリ２２６が取り付けられる。コネクタ対２４４はカプラ・アセンブリ２２６に電力および制御信号を提供しており、一方ピン２４６は送受信器２２４が適正に対合されるようにカプラ・アセンブリの光ファイバ・アレイ２４８を導いている。アレイ２４８の移動可能なミラー２３２と対面した端部において、カプラ・アセンブリ２２６はハウジング２５０の内部に各カプラ・アセンブリ１２６のレンズ１３２（図１）に相当するレンズのアレイ（図２Ａでは図示せず）を有している。
【００１２】
図２Ｂを参照すると、カプラ・アセンブリ２２６は、セラミック・ベース２５６に対して約４５度の角度に配向されたＭＥＭＳチップ２５２を有している。一実施形態では、ＭＥＭＳチップ２５２は、図２Ｂに図示したように配列させた個々に移動可能な１６個のミラー２３２を有している。当業者であれば、異なる数の移動可能なミラーを有する異なるＭＥＭＳチップも同様に使用することができることが理解されよう。光はハウジング２５０内の光学ウィンドウ２５８を通ってカプラ・アセンブリ２２６に出入りする。たとえば、回路パック２１２をバックプレーン１０２（図１）に取り付けると、光パイプ１０４からの光は、ウィンドウ２５８を通ってカプラ・アセンブリ２２６に入り、ミラー２３２で反射され、アレイ２４８の対応する光ファイバ内に結合される。同様に、アレイ２４８の光ファイバからの光は、ミラー２３２で反射され、ウィンドウ２５８を通ってカプラ・アセンブリ２２６から出て行き、光パイプ１０４に結合される。ドライバ・チップ２５４は、ミラー２３２を適切にかつ個々に傾斜させるためにＭＥＭＳチップ２５２で使用される駆動用電圧を提供する。カプラ・アセンブリ２２６での使用に適した代表的なＭＥＭＳチップは、その教示を参照により本明細書に組み込むものとする２００２年９月３０日に提出された「Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ＭＥＭＳ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈｅｓ」と題する米国特許出願第１０／２６１，０８９号に開示されている。
【００１３】
図３は、本発明の別の実施形態によるバックプレーン／回路パック・アセンブリ３００の断面図を表している。アセンブリ３００は、アセンブリ１００（図１）に類似していると共に、光学信号を伝送するように適合された光パイプ３０４を有するバックプレーン３０２を有している。一実施形態では、光パイプ３０４は、バックプレーン３０２の外側表面から深さｄの位置に配置された埋め込み導波路からなるアレイである。バックプレーン３０２は、アセンブリ１００の回路パック１１２ａ〜ｂと同様の２つの回路パック３１２ａ〜ｂを支持する。より具体的には、各回路パック３１２はＰＣＢ３１８と、このＰＣＢ上に装着された回路素子３１６と、この回路素子に電力および電気的接続を提供するコネクタ３１４と、を有している。光パイプ３０４を通して光学信号を送信および受信するために、各回路パック３１２は図１の対応する送受信器１２４と同様の光送受信器３２４を有している。
【００１４】
送受信器３２４を光パイプ３０４に結合させるために、バックプレーン／回路パック３００は、ヘッド３２６および３２８を備えたカプラ・アセンブリ３２２を有している。ヘッド３２６は、前記ヘッドを接続する湾曲部３３０が変形を受けたときヘッド３２８に対して変位される。カプラ・アセンブリ３２２は、その各々が光パイプ３０４の導波路を送受信器３２４に結合するように適合された光ファイバ３３２からなるアレイを有している。ファイバ３３２は可撓性であると共に、ヘッド３２６がヘッド３２８に対して移動したときに湾曲を受ける。各ファイバ３３２はアセンブリ３２２のエッジから長さｄだけ延伸している。この延伸の端部は、ファイバ軸に対して約４５度で配向された斜めの表面を有している。斜めの表面上に被着された反射層（たとえば、金属）は、向きが変わるミラーを形成しており、これによって光の伝播方向が約９０度だけ変化してもファイバ３３２に出入する光が結合される。斜めのファイバ端は、バックプレーン３０２のスロット内に挿入されたときに、図３に示すように光パイプ３０４の対応する導波路と一致する。各ファイバ３３２のもう一方の端部は、位置合わせピン２４６（図２）と同様の位置合わせピン３４６を用いて、送受信器３２４と対合させることができる。
【００１５】
回路パック３１２は、たとえば以下のようにしてバックプレーン３０２に取り付けることができる。先ず、ファイバ３３２のミラー３３４が光パイプ３０４の対応する導波路と位置合わせされ、ファイバと導波路の間に効率のよい光結合が提供されるように、ヘッド３２８がバックプレーン３０２に固定的に取り付けられる。一実施形態では、ヘッド３２８は、図３に示すように１つまたは複数のはんだ付けジョイント３５０を用いてバックプレーン３０２に付着される。次に、フローティング・ヘッド３２６の位置合わせピン３４６が送受信器３２４のハウジングにある整合穴の中に部分的に挿入される。次いで、コネクタ３１４がバックプレーン３０２の整合コネクタ部分（コネクタ差し込み口）と位置合わせするように湾曲部３３０が曲げられる。最後に、位置合わせピン３４６が送受信器３２４内に完全に挿入されてコネクタ差し込み口内でコネクタ３１４が図３に示すアセンブリ構造の位置に来るように、回路パック３１２はバックプレーン３０２の方向に押される。バックプレーン／回路パック・アセンブリ３００では、湾曲部３３０は典型的には、（１）回路パック３１２の送受信器３２４およびコネクタ３１４と、（２）カプラ・アセンブリ３２２およびバックプレーン３０２の整合素子と、の位置間に典型的に存在する不整合を調整するように変形した状態になる。カプラ・アセンブリ３２２によれば、効率のよい光結合を提供しながら比較的簡単かつ単純明快な方式で回路パック３１２をバックプレーン３０２上に装着できるので有利である。
【００１６】
図４Ａ〜Ｃは、本発明の一実施形態によるアセンブリ３００内のカプラ・アセンブリ３２２として使用することができるカプラ・アセンブリ４２２を表している。より具体的には、図４Ａ〜Ｂはカプラ・アセンブリ４２２の２つの３次元斜視図を表しており、また図４Ｃはバックプレーン４０２上に装着したカプラ・アセンブリ４２２の３次元斜視図を表している。アセンブリ４２２内のヘッド４２６と４２８を接続している湾曲部４３０は、横方向のヘッド変位を調整することが可能なＳ字状のスプリングである。アセンブリ４２２のファイバ４３２および位置合わせピン４４６は、アセンブリ３２２（図３）のファイバ３３２および位置合わせピン３４６のそれぞれと同様である。ファイバ４３２の斜めの端部４３４は図４Ｂの像に表している。回路パック３１２（図３）と同様の回路パックは、フローティング・ヘッド４２６の位置合わせピン４４６を当該回路パック上の送受信器ハウジングにある整合穴に挿入すること、回路パックとバックプレーン電気的コネクタ（図示せず）を対合させること、ならびに光学接続と電気的接続の両方を確保するために回路パックをバックプレーン４０２の方向に押すことにより、図４Ｃに表したカプラ・アセンブリ４２２およびバックプレーン４０２に取り付けることが可能である。
【００１７】
本発明について例示的な実施形態に関連して記載してきたが、この記述は、限定の意味に解釈されることは意図されていない。本発明について光導波路を備えた光パイプに関連して記載してきたが、自由空間光学を使用して実施された光パイプによって本発明を同様に実施することもできる。記載した実施形態、ならびに本発明が属する当該分野の当業者には明らかであるような本発明の別の実施形態に対するさまざまな修正は、添付の特許請求の範囲に表現された本発明の原理および趣旨の域内にあるものと見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態によるバックプレーン／回路パック・アセンブリの断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による図１のバックプレーン／回路パック・アセンブリで使用できる回路パックおよびカプラ・アセンブリの３次元斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による図１のバックプレーン／回路パック・アセンブリで使用できる回路パックおよびカプラ・アセンブリの３次元斜視図である。
【図３】本発明の別の実施形態によるバックプレーン／回路パック・アセンブリの断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による図３のバックプレーン／回路パック・アセンブリで使用できるカプラ・アセンブリの３次元斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による図３のバックプレーン／回路パック・アセンブリで使用できるカプラ・アセンブリの３次元斜視図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による図３のバックプレーン／回路パック・アセンブリで使用できるカプラ・アセンブリの３次元斜視図である。
【図１】
2005182053.tif 000003
【図２Ａ】
2005182053.tif 000004
【図２Ｂ】
2005182053.tif 000005
【図３】
2005182053.tif 000006
【図４Ａ】
2005182053.tif 000007
【図４Ｂ】
2005182053.tif 000008
【図４Ｃ】
2005182053.tif 000009