CN104105990A - 透镜阵列及具备其的光模块 - Google Patents

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Abstract

提供一种透镜阵列及具备其的光模块，该透镜阵列能缓和透镜面上的异物或伤痕对光学性能带来的影响，进而缓和透镜面的外观基准，并且提高成品率，实现成本降低。第1透镜面(11)或第2透镜面(12)形成为面形状，该面形状为通过使光的光束直径随着从第1透镜面(11)侧朝向第2透镜面(12)侧而直径扩大，从而使第2透镜面(12)上的光的光点直径比第1透镜面(11)上的光的光点直径更大的形状。

Description

透镜阵列及具备其的光模块
技术领域
本发明涉及透镜阵列及具备其的光模块，特别涉及适合于将光电转换元件与光传输体光学耦合的透镜阵列及具备其的光模块。
背景技术
近年来，作为在系统装置内或装置间或光模块间高速传输信号的技术，广泛应用所谓的光互连。其中，所谓光互连是指将光部件如电气部件那样使用，安装于在个人计算机、车辆或光收发器等上所采用的主板或电路基板等的技术。
在使用于此种光连接的光模块上，例如具有如下的各种用途：媒体转换器或交换集线器的内部连接、光收发器、医疗设备、测试装置、录像系统、高速计算机集群等的装置内或装置间的部件连接等。
而且，作为适用于此种光模块的光学部件，作为对于以精简的构造实现多信道的光学通信而有效的部件，并列配置有多个小直径的透镜的透镜阵列(例如，参照专利文献1)的需求日益提高。
其中，以往，在透镜阵列安装具备多个发光元件(例如，垂直共振腔面发射激光器(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser))或受光元件(例如光电探测器)的光电转换装置，并且安装有作为光传输体的多个光纤。
而且，透镜阵列在如上述地配置于光电转换装置与多个光纤之间的状态下，使从光电转换装置的各发光元件所射出的光与光纤的端面光学耦合，由此进行多信道的光传输，或使从各光纤的端面射出的光与各受光元件光学耦合，由此进行多信道的光接收。
其中，此种透镜阵列通过安装在搭载有作为光电转换装置的光电转换元件(发光元件，受光元件)的电路基板(COB：Chip On Board)，从而构成副组件。
而且，此种辅助组件通过安装收容有MT连接器等光纤的光连接器，从而构成全组件。此时，在构成有源光缆(AOC(Active Optical Cable))的情况下时，将光连接器安装成不可拆卸的状态，另一方面，在构成光收发器的情况下时，将光连接器安装成可装卸。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-198470号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，副组件状态下的透镜阵列，由于光电转换装置侧的透镜面通过副组件构造从外部被遮蔽，因此该透镜面几乎没有附着尘埃等异物或形成伤痕。相对于此，光纤侧的透镜面由于未安装光连接器而没有从外部被遮蔽，因而在安装光连接器时等，容易产生异物附着或形成伤痕。
而且，透镜阵列除了需要以小型构造实现多信道的光学通信以外，各透镜面的直径尺寸被要求一定的限制，因此无法避免异物或伤痕对透镜面的面积占有率自然地变高。
其结果，因透镜面上的异物或伤痕，而产生光电转换元件与光纤的耦合效率相对于设计值显著地恶化的问题。
因此，本发明鉴于此种问题点，其目的在于提供一种透镜阵列及具备其的光模块，该透镜阵列能缓和透镜面上的异物或伤痕对光学性能带来的影响，进而缓和透镜面的外观基准，并且提高成品率，实现成本降低。
用于解决课题的方法
为了实现上述目的，本发明方案1的透镜阵列的特征在于以下的点，配置在排列配置有多个光电转换元件的光电转换装置与光传输体之间，能够将上述多个光电转换元件与上述光传输体光学耦合，具有：多个第1透镜面，以在与上述多个光电转换元件对应的预定排列方向上排列的方式配置于透镜阵列本体中的上述光电转换装置侧的第1面，使耦合上述多个光电转换元件与上述光传输体的各光电转换元件每一个的光通过；及多个第2透镜面，以沿着上述排列方向排列的方式配置于上述透镜阵列本体中的上述光传输体侧的第2面，使上述光通过；上述第1透镜面或上述第2透镜面形成为面形状，该面形状为通过使上述光的光束直径随着从上述第1透镜面侧朝向上述第2透镜面侧而直径扩大，从而使上述第2透镜面上的上述光的光点直径比上述第1透镜面上的上述光的光点直径更大的形状。
而且，根据方案1的发明，能降低第2透镜面上的异物/伤痕相对光的光点的面积占有率，因而在第2透镜面被要求直径尺寸的限制中，能有效地缓和第2透镜面上的异物/伤痕对耦合效率造成的影响。
另外，方案2的透镜阵列的特征点在于：在方案1中，进一步，上述光电转换元件为发光元件，上述第1透镜面为形成为：使从上述发光元件射出的上述光以比准直器的情况下还弱的折射力而会聚的凸透镜面或平透镜面或使上述发光元件的上述光发散的凹透镜面。
而且，根据该方案2的发明，在使来自发光元件的光与光传输体耦合的情况下，能切实地获得随着从第1透镜面侧朝向第2透镜面侧而直径扩大那样的光束，因而能切实地缓和第2透镜面上的异物/伤痕对与光传输体应该耦合的光的耦合效率造成的影响。
进而，方案3的透镜阵列的特征点在于：在方案1或2中，进一步，上述第2面为配置成与上述第1面正交的面，在上述第1透镜面与上述第2透镜面之间，配置有使从这两个透镜面的一方侧入射的上述光朝向另一方侧反射的反射面。
而且，根据方案3的发明，在适合于将从安装在基板上的发光元件所射出的光(发送光)在光传输体中从与基板平行的方向取出，或将从光传输体所射出的与基板平行的光(接收光)取入安装在基板上的受光元件的构成中，能有效地缓和第2透镜面上的异物/伤痕对耦合效率造成的影响。
进而，方案4的透镜阵列的特征点在于：在方案3中，进一步，上述光电转换装置是配置有至少1个接收监视光的受光元件的装置，该监视光用于监视从作为上述光电转换元件的多个发光元件的至少1个所发出的上述光，具备：至少1个第3透镜面，配置于上述第1面，使从上述透镜阵列本体的内部侧所入射的上述监视光，朝向上述受光元件射出；及光控制部，配置于上述透镜阵列本体中的上述反射面与上述第2透镜面之间的光路上，控制为入射通过上述反射面朝向上述第2透镜面侧所反射的上述多个发光元件每一个的光，使该所入射的多个发光元件每一个的光，以预定的反射率反射而向上述第3透镜面侧行进，并且以预定的透射率透射而向上述第2透镜面侧行进，此时，使上述多个发光元件每一个的光的至少之一作为上述监视光而反射。
而且，根据方案4的发明，在适合于发光元件的光输出的调整的构成中，能有效地缓和第2透镜面上的异物/伤痕对耦合效率造成的影响。
另外，方案5的透镜阵列的特征点在于：在方案1或2中，进一步，上述第2面为配置成与上述第1面相对的面，上述第1透镜面上的光轴与上述第2透镜面上的光轴配置在同一直线上。
而且，根据方案5的发明，在第1透镜面的背面侧配置第2透镜面的构成中，能有效地缓和第2透镜面上的异物/伤痕对耦合效率造成的影响。
进而，方案6的光模块的特征点在于，具备：方案1至5中任一项所述的透镜阵列，及方案1、2或4所述的光电转换装置。
而且，根据方案6的发明，能缓和第2透镜面上的异物/伤痕对于耦合效率造成的影响。
发明的效果
根据本发明，能缓和透镜面上的异物或伤痕对光学性能带来的影响，进而缓和透镜面的外观基准，并且提高成品率，实现成本降低。
附图说明
图1为表示与本发明有关的透镜阵列及具备其的光模块的第1实施形态的概略构成图。
图2为图1所示的透镜阵列的仰视图。
图3为图1所示的透镜阵列的俯视图。
图4为表示第1实施形态的第1变形例的透镜阵列的纵剖面图。
图5为表示第1实施形态的第2变形例的透镜阵列的纵剖面图。
图6为图5的仰视图。
图7为表示第1实施形态的第3变形例的透镜阵列的纵剖面图。
图8为图7的仰视图。
图9为图7的俯视图。
图10为表示第1实施形态的第4变形例的透镜阵列的纵剖面图。
图11为表示第1实施形态的第5变形例的透镜阵列的纵剖面图。
图12为表示与本发明有关的透镜阵列及具备其的光模块的第2实施形态的概略构成图。
图13为图12所示的透镜阵列的仰视图。
图14为图12所示的透镜阵列的右侧视图。
图15为表示第2实施形态的第1变形例的透镜阵列的纵剖面图。
图16为表示第2实施形态的第2变形例的透镜阵列的纵剖面图。
图17为图16的仰视图。
图18为表示第2实施形态的第3变形例的透镜阵列的纵剖面图。
图19为图18的仰视图。
图20为图18的右侧视图。
图21为表示第2实施形态的第4变形例的透镜阵列的纵剖面图。
图22为表示第2实施形态的第5变形例的透镜阵列的纵剖面图。
图23为表示与本发明有关的透镜阵列及具备其的光模块的第3实施形态的概略构成图。
图24为图23所示的透镜阵列的仰视图。
图25为图23所示的透镜阵列的右侧视图。
图26为光控制部的放大纵剖面图。
图27为用于说明实施例1的模拟的说明图。
图28为表示实施例1的模拟结果的耦合效率特性曲线图。
图29为表示实施例1的模拟结果的透射率特性曲线图。
图30为用于说明实施例2的模拟的说明图。
图31为表示实施例2的模拟结果的耦合效率特性曲线图。
图32为表示实施例2的模拟结果的透射率特性曲线图。
具体实施方式
(第1实施形态)
以下，参照图1至图11说明关于本发明的透镜阵列及具备其的光模块的第1实施形态。
图1为与本实施形态中的透镜阵列2的纵剖面图一起表示本实施形态中的作为光模块的副组件1的概要的概略构成图。另外，图2为图1所示的透镜阵列2的仰视图。此外，图3为图1所示的透镜阵列2的俯视图。
如图1所示，本实施形态中的透镜阵列2配置在光电转换装置3与光纤5之间。
其中，光电转换装置3具有多个发光元件7，该发光元件7在半导体基板6的面临透镜阵列2的面，对此面射出(发出光)沿垂直方向(图1中的上方)的激光La，这些发光元件7构成上述VCSEL(垂直共振腔面发射激光器)。此外，在图1中，各发光元件7沿着图1中的纸面垂直方向排列配置。例如在使半导体基板6抵接在透镜阵列2的状态下，使此种光电转换装置3相对于透镜阵列2相对向配置。而且，该光电转换装置3例如通过夹紧弹簧等未图示的公知的固定手段而安装于透镜阵列2，由此与透镜阵列2一起构成副组件1。
另外，本实施形态中的光纤5与发光元件7配设的数量相同，沿着图1中的纸面垂直方向，与发光元件7以同一间距排列配置。各光纤5设定为彼此相同尺寸的例如多模式方式的光纤5，并且其端面5a侧的部位保持在上述MT连接器等多芯一束型的光连接器10内。例如在使光连接器10中的透镜阵列2侧的端面抵接于透镜阵列2的状态下，将此种光纤5通过未图示的公知的固定手段(例如，夹紧弹簧等)安装于透镜阵列2。
而且，透镜阵列2在配置在此种光电转换装置3与光纤5之间的状态下，将各发光元件7与各光纤5的端面5a光学耦合。
进一步，若详述该透镜阵列2，则如图1所示，透镜阵列2(透镜阵列本体)由透光性材料(例如，聚醚酰亚胺等树脂材料)将外形形成为大致平板状。
此种透镜阵列2的下端面2a作为安装有光电转换装置3的第1面而发挥作用，如图1及图2所示，该下端面2a形成有与发光元件7的数量相同的多(12个)个平面圆形状的第1透镜面11。其中，如图1及图2所示，下端面2a形成为凹入平面，该凹入平面为中央侧的预定范围的平面大致矩形状的部位2a'隔着锪孔部2A而比周边部位2a"更向上方凹入的面(以下，称为透镜形成面2a')，多个第1透镜面11为形成在此种透镜形成面2a'上。然而，透镜形成面2a'相对于周边的部位2a"形成为平行。另外，各第1透镜面11配置成为在与发光元件7对应的预定的排列方向(图1中的纸面垂直方向、图2中的纵方向)排列。进一步，各第1透镜面11形成为彼此相同尺寸，并且，以与发光元件7同一间距形成。此外，在排列方向上相互邻接的第1透镜面11之间，也可形成为使各个周端部相互接触的邻接状态。另外，如图1所示，较理想为各第1透镜面11上的光轴OA(1)与从与各第1透镜面11分别对应的各发光元件7射出的激光La的中心轴一致。更优选为各第1透镜面11上的光轴OA(1)相对于下端面2a垂直。
另一方面，与下端面2a相对向的透镜阵列2的上端面2b，作为安装有多个光纤5的第2面而发挥作用，如图1及图3所示，该上端面2b形成有与第1透镜面11的数量相同的平面圆形状的多个第2透镜面12。其中，如图1及图3所示，上端面2b形成为凹入平面，该凹入平面中央侧的预定范围的平面大致矩形状的部位2b'对于包围该部位2b'的周边侧的部位2b"，隔着锪孔部2B而凹入于图1中的下方(以下，称为透镜形成面2b')，多个第2透镜面12形成在此种透镜形成面2b'上。然而，透镜形成面2b'相对于周边部位2b"形成为平行。另外，各第2透镜面12配置成为在与各光纤5的端面5a的排列方向亦即与第1透镜面11的排列方向的相同方向排列。此外，各第2透镜面12形成为彼此相同尺寸，并且，以与第1透镜面11同一间距形成。此外，在排列方向上，相互邻接位置的第2透镜面12彼此，亦可形成为使各个周端部相互地接触的邻接状态。另外，较理想为各第2透镜面12上的光轴OA(2)与各第2透镜面12所对应的各光纤5的端面5a的中心轴位于同轴上。更优选为各第2透镜面12上的光轴OA(2)相对上端面2b形成为垂直。此外，各第2透镜面12上的光轴OA(2)，与各第2透镜面12所对应的各第1透镜面11上的光轴OA(1)配置于同一直线上。
而且，在本实施形态中，各第1透镜面11形成为面形状，该面形状为通过使激光La的光束直径随着从第1透镜面11侧朝向第2透镜面12侧而直径扩大，从而使第2透镜面12上的激光La的光点直径(激光La的投影区域的外周端的直径，以下为相同)比第1透镜面11上的激光La的光点直径更大。具体而言，各第1透镜面11形成为折射力比准直器透镜面还弱(换言之，曲率半径较大)的凸透镜面。凸透镜面亦可为球面或非球面。然而，各第1透镜面11的面形状被设计成使各第2透镜面12上的激光La的光点(投影区域)能收纳于各第2透镜面12的有效直径内的面形状。关于此种面形状的设计，不仅是第2透镜面12的有效直径，当然亦可加入第1透镜面11与第2透镜面12之间的距离(透镜厚)、发光元件7与第1透镜面11的距离、及从发光元件7射出的激光La的光束发散角(换言之，NA)等。
如图1所示，向此种各第1透镜面11，入射各第1透镜面11所分别对应的各发光元件7每一个所射出的激光La。而且，各第1透镜面11使入射的各发光元件7每一个的激光La向透镜阵列2的内部行进。此时，各发光元件7每一个的激光La由于各第1透镜面11的面形状，以比准直器的情况下还弱的折射力而会聚。由此，各发光元件7每一个的激光La，使光束直径随着从第1透镜面11侧朝向第2透镜面12侧而直径扩大。
另一方面，各第2透镜面12形成为球面或非球面的凸透镜面，如图1所示，向此种各第2透镜面12，分别入射通过与各第2透镜面12对应的各第1透镜面11所会聚的各发光元件7每一个的激光La。此时，各第2透镜面12上的激光La的光点直径为变成比各第1透镜面11上的激光La的光点直径还大。而且，各第2透镜面12使入射的各发光元件7每一个的激光La会聚而朝向与各第2透镜面12对应的各光纤5的端面5a分别射出。
如此，各发光元件7与各光纤5的端面5a经过第1透镜面11及第2透镜面而光学耦合。
根据此种构成，在第1透镜面11的背面侧配置第2透镜面12的构造中，能减少第2透镜面12上的异物/伤痕相对光的光点的面积占有率。由此，在各第2透镜面12被要求直径尺寸的限制中，能有效地缓和第2透镜面12上的异物/伤痕对于耦合效率造成的影响。
其他还有如图2所示，在下端面2a的周边部位2a"中的透镜面11相对于透镜形成面2a'的排列方向的两外侧位置，穿设有贯通下端面2a与上端面2b的一对贯通孔14。这些贯通孔14通过插入分别配设于光电转换装置3及连接器10的未图示的销，从而用于安装光电转换装置3及光纤5时的机械式定位。然而，当然也可以设置销代替贯通孔14，将光电转换装置3侧及连接器10侧作为贯通孔或有底穴。
此外，在本实施形态中，对如图1至图3所示的基本构成，可适用于以下所示的各种变形例。
(第1变形例)
例如，如图4所示，亦可将各第1透镜面11形成为球面或非球面的凹透镜面。在此情况下，入射于各第1透镜面11的各发光元件7每一个的激光La，通过各第1透镜面11而发散，使得光束直径随着朝向各第2透镜面12侧而直径扩大。因此，本变形例亦与基本构成相同，能将各第2透镜面12上的激光La的光点直径，形成比各第1透镜面11上的激光La的光点直径更大，因此能有效地缓和第2透镜面12上的异物/伤痕对于耦合效率的影响。
(第2变形例)
另外，如图5的纵剖面图及图6的仰视图所示，亦可将各第1透镜面11形成为平透镜面。此外，在此情况下，各第1透镜面11在外观上有时无法区别，但设计上，根据各个区域(图6的虚线部)明确地区别。
在本变形例的情况下，入射于各第1透镜面11的各发光元件7每一个的激光La，根据各第1透镜面11而通过比准直器的情况下还弱的折射力而会聚，由此使光束直径随着朝向各第2透镜面12侧而直径扩大。因此，在本变形例中，亦能实现与基本构成相同的作用效果。
(第3变形例)
另外，如图7的纵剖面图、图8的仰视图及图9的俯视图所示，相对于基本构成，亦可增加第1透镜面11及第2透镜面12的数量。具体而言，本变形例通过将第1透镜面11及第2透镜面12分别配置12个×2列的方式，实现24ch的光学通信。
(第4变形例)
此外，如图10所示，相对于第1变形例，亦可将第1透镜面11及第2透镜面12的数量增加至12个×2列(24个)。
(第5变形例)
再者，如图11所示，相对于第2变形例，亦可将第1透镜面11及第2透镜面12的数量增加至12个×2列。
(第2实施形态)
其次，参照图12至图22说明关于本发明的透镜阵列及具备其的光模块的第2实施形态。
此外，关于与第1实施形态的基本构成相同或与其类似的部位，使用同一符号进行说明。
图12为与本实施形态中的透镜阵列22的纵剖面图一起表示本实施形态中的副组件21的概要的概略构成图。另外，图13为图12所示的透镜阵列22的仰视图。再者，图14为图12所示的透镜阵列22的右侧视图。
如图12所示，本实施形态中的透镜阵列22为与第1实施形态相同，被配置于光电转换装置3与光纤5之间，另外，光电转换装置3及光纤5的基本构为与第1实施形态相同。
然而，本实施形态中的副元件21为以将从安装在基板6上的发光元件7所射出的激光La，在光纤5的端面5a中从与基板6平行的方向取出的方式构成。
具体的构成如下述。
亦即，如图12所示，透镜阵列22(透镜阵列本体)为由透光性材料(例如，聚醚酰亚胺等树脂材料)形成外形为大致长方体形状。
此种透镜阵列22的下端面22a，作为安装有光电转换装置3的第1面而发挥作用，如图12及图13所示，在该下端面22a上，沿着发光元件7排列配置有与发光元件7的数量相同的多个(12个)平面圆形状的第1透镜面11。此外，与第1实施形态相同，第1透镜面11形成在下端面22a的中央侧的预定范围的凹入平面亦即透镜形成面22a'上。
另一方面，在本实施形态中，对下端面22a正交配置的透镜阵列22的右端面22c，作为安装有多个光纤5的第2面而发挥作用。亦即，如图12及图14所示，在右端面22c上形成有与第1透镜面11的数量相同的平面圆形状的多个第2透镜面12。此外，与第1实施形态相同，第2透镜面12形成在右端面22c的中央侧的预定范围的凹入平面亦即透镜形成面22c'上。
进一步，如图12所示，在透镜阵列22的上端面22b上，凹入形成有反射面23，该反射面23由对下端面22a及右端面22c具有预定的倾斜角的倾斜平面所构成。此外，反射面23的倾斜角相对下端面22a及右端面22c的任一面亦可成45°。
而且，与第1实施形态的基本构成相同，各第1透镜面11形成为凸透镜面，该凸透镜面为通过使激光La的光束直径随着从第1透镜面11侧朝向第2透镜面12侧而直径扩大，从而使第2透镜面12上的激光La的光点直径比第1透镜面11上的激光La的光点直径更大的面。
如上所述的本实施形态的构成中，如图12所示，从各发光元件7朝向上方射出的各发光元件7每一个的激光La，入射于各第1透镜面11，根据各第1透镜面11的面形状，以比准直器的情况下还弱的折射力而会聚。由此，各发光元件7每一个的激光La，使光束直径随着从第1透镜面11侧朝向第2透镜面12侧而直径扩大，除了以较大的光点直径投影在各第2透镜面12的有效直径内以外，还从各第2透镜面12朝向各光纤5的端面5a射出。在此过程中，如图12所示，通过各第1透镜面11所会聚的各发光元件7每一个的激光La从下方以比临界角大的入射角入射反射面23。而且，所入射的各发光元件7每一个的激光La，通过反射面23朝向各第2透镜面12全反射。
根据本实施形态，在适合于将从安装在基板6上的发光元件7所射出的激光La，在光纤5的端面5a中从与基板6平行的方向取出的构成中，能有效地缓和第2透镜面12上的异物/伤痕对于耦合效率的影响。
此外，在本实施形态中，为了光纤5的机械性定位，如图12至图14所示，在右端面22c上竖立设置有销14'。该销14'通过插入于设置在连接器10侧的未图示的贯通孔或有底穴，从而使用于光纤5的定位。
此外，与第1实施形态相同，本实施形态，对于如图12至图14所示的基本构成，也可适用于以下所示的各种变形例。
(第1变形例)
例如，如图15所示，亦可将各第1透镜面11形成为球面或非球面的凹透镜面。
(第2变形例)
另外，如图16的纵剖面图及图17的仰视图所示，亦可将各第1透镜面11形成为平透镜面。
(第3变形例)
进一步，如图18的纵剖面图、图19的仰视图及图20的右侧视图所示，相对于基本构成，亦可将第1透镜面11及第2透镜面12的数量增加为12个×2列(24个)。
(第4变形例)
进一步，如图21所示，相对于第1变形例，亦可将第1透镜面11及第2透镜面12的数量增加为12个×2列。
(第5变形例)
另外，如图22所示，相对于第2变形例，亦可将第1透镜面11及第2透镜面12的数量增加为12个×2列。
(第3实施形态)
其次，参照图23至图26说明本发明的透镜阵列及具备其的光模块的第3实施形态。
此外，关于与第1实施形态的基本构成相同或与其类似之处，使用同一符号进行说明。
图23为与本实施形态中的透镜阵列32的纵剖面图一起表示本实施形态中的副组件31的概要的概略构成图。另外，图24为图23所示的透镜阵列32的仰视图。进一步，图25为图23所示的透镜阵列32的右侧视图。
如图23所示，本实施形态中的透镜阵列32为与第1实施形态及第2实施形态相同，配置于光电转换装置3与光纤5之间，另外，光纤5的基本构成为与第1实施形态及第2实施形态相同。
另外，本实施形态中的副组件31与第2实施形态相同，以将从安装于基板6上的发光元件7所射出的激光La，在光纤5的端面5a中从与基板6平行的方向取出的方式构成。
然而，本实施形态中的副组件31与第1实施形态及第2实施形态不同，构成为可将从发光元件7所射出的激光La的一部分反馈而调整激光La的输出(例如，强度或光量)。
具体的构成如下所述。
亦即，如图23所示，光电转换装置3在半导体基板6中的透镜阵列32侧的面上，且相对于发光元件7位于图23中的右方位置，具有与发光元件7相同数量的多个受光元件8，该多个受光元件8接收用于监视从发光元件7所射出的激光La的输出的监视光M。该受光元件8也可以是光电探测器。再者，半导体基板6中的透镜阵列32侧的面上，安装有未图示的控制电路等电子部件，该控制电路根据通过受光元件8所接收的监视光M的强度或光量，控制从发光元件7所发射的激光La的输出，该电子部件为经由配线与发光元件7及受光元件8电连接。
另外，如图23所示，透镜阵列32具有由透光性材料所构成的透镜阵列本体34，该透镜阵列本体34的外形形成为大致长方体形状。
如图23及图24所示，透镜阵列本体34在安装有作为第1面的光电转换装置3的下端面34a上，具有与发光元件7的数量相同的多个(12个)平面圆形状的第1透镜面11。此外，与第1实施形态相同，第1透镜面11沿着发光元件7排列形成于下端面34a的中央侧的预定范围的凹入平面亦即透镜形成面34a'上。
另外，如图23及图25所示，透镜阵列本体34在作为第2面的安装有光纤5的图1的右端面34c上，具有与第1透镜面11的数量相同的多个第2透镜面12。此外，与第1实施形态相同，第2透镜面12排列形成于右端面34c的中央侧的预定范围的凹入平面亦即透镜形成面34c'上。
进一步，如图23所示，在透镜阵列本体34的上端面34b上，与第1实施形态相同，凹入形成有由对下端面34a及右端面34c具有预定的倾斜角的倾斜平面所构成的反射面23。此外，反射面23的倾斜角相对下端面34a及右端面34c的任一面亦可为45°。
进一步，如图23及图24所示，在相对于下端面34a的透镜形成面34a'上的第1透镜面11的右方附近位置，形成有与受光元件8的数量相同(在本实施形态中，发光元件7、光纤5、第1透镜面11及第2透镜面12为相同数量)的第3透镜面13。各第3透镜面13以与受光元件8对应的预定的排列方向亦即与透镜排列方向的相同方向排列的方式配置。另外，各第3透镜面13与各受光元件8以同一间距形成。此外，较理想为各第3透镜面13上的光轴OA(3)与各第3透镜面13分别对应的各受光元件8的受光面的中心轴一致。
另外，如图23所示，反射面23与第2透镜面12之间的光路上配置有光控制部4。
该光控制部4位于透镜阵列本体34的上端面34b中的相对于全反射面23的右方位置，包括凹入形成在与各第3透镜面13相对的位置的棱镜配置用凹部41、配置于该凹部41内的棱镜42、配置于该棱镜42上的反射/透射层43、及填充于凹部41与棱镜42之间的填充材44。
更具体而言，如图23所示，棱镜配置用凹部41中的左右的内侧面41a、41b，与右端面34c的透镜形成面34c'形成为平行。
另外，如图23所示，棱镜42在从右方面临棱镜配置用凹部41的左内侧面41a的位置，具有各发光元件7每一个的激光La的入射面42a。如图23所示，该入射面42a形成为其下端部位于比其上端部更靠右侧那样的倾斜面。此外，较理想为入射面42a的倾斜角为以下端面34a为基准，绕图23的顺时针转动45°。进一步，如图23所示，棱镜42在与入射面42a的右方相对的位置，具有各发光元件7每一个的激光La的射出面42b。如图23所示，该射出面42b以预定之间隙平行地面临棱镜配置用凹部41的右内侧面41b。然而，比棱镜42右端面的中的射出面42b更上方的部位，亦可密接配置于棱镜配置用凹部41的右内侧面41b。再进一步，如图23所示，在棱镜42的上部一体形成有板状的锷部45，但该锷部45是为了方便小型的棱镜42的处理(配置到棱镜配置用凹部41内)或防止异物(尘埃等)混入棱镜配置用凹部41内等而设置。另外，如图23所示，连接于入射面42a的下端部与射出面42b的下端部之间的棱镜42的底面42c，配置在比棱镜配置用凹部41的内底面41c还靠上方的位置。
进一步，如图23所示，上述反射/透射层43配置在棱镜42的入射面42a上。该反射/透射层43亦可由Ni、Cr或Al等单一金属所构成的单层膜而形成，另外，亦可由交互地层叠彼此介电率不同的多个介电体(例如，TiO2与SiO2)的介电体多层膜而形成。进一步，反射/透射层43亦可通过将上述金属单层膜或介电体多层膜涂布于入射面42a上而形成。涂布时可使用镍铬合金(Inconel)蒸镀等公知的涂布技术。如此一来，能将反射/透射层43形成为极薄(例如，1μm以下)。
进一步，如图23所示，上述的填充材44以将棱镜配置用凹部41的左内侧面41a与反射/透射层43之间的空间及棱镜配置用凹部41的右内侧面41b与棱镜42的射出面42b之间的空间无间隙地填埋的方式填充。另外，填充材44由作为紫外线硬化树脂的丙烯酸酯的粘着剂或环氧系粘着剂等粘着剂所构成，将棱镜42稳定地粘着在棱镜配置用凹部41内。
另外，透镜阵列本体34、棱镜42及填充材44的彼此的折射率差形成于预定值(例如0.05)以下。例如，在通过作为聚醚酰亚胺的SABIC公司制Ultem(注册商标)形成透镜阵列本体34与棱镜42的情况下，透镜阵列本体34及棱镜42的折射率，对于波长850nm的光为1.64。而且，作为与其对应的填充材44，例如可使用三菱气体化学公司制LPC1101。该制品为以折射率及阿贝数(Abbe Number)对制造商公布值的d线为基准计算出的波长850nm的光的折射率为1.66。
进一步，与第1实施形态的基本构成相同，各第1透镜面11形成为凸透镜面，该凸透镜面为通过使激光La的光束直径随着从第1透镜面11侧朝向第2透镜面12侧而直径扩大，从而使第2透镜面12上的激光La的光点直径比第1透镜面11上的激光La的光点直径更大的面。
如上所述的本实施形态的构成中，如图23所示，首先，从各发光元件7朝向上方射出的各发光元件7每一个的激光La，入射于各第1透镜面11，根据各第1透镜面11的面形状，以比准直器的情况下还弱的折射力而会聚。由此，各发光元件7每一个的激光La，使光束直径随着从第1透镜面11侧朝向行进方向而直径扩大。
其次，通过各第1透镜面11所会聚的各发光元件7每一个的激光La，以比临界角还大的入射角入射反射面23。而且，反射面23将入射的各发光元件7每一个的激光La，朝向光控制部4全反射。
其次，通过反射面23所全反射的各发光元件7每一个的激光La，在使光束直径随着朝向行进方向而直径扩大，同时入射于光控制部4。此时，如图26所示，由于透镜阵列本体34与填充材44的折射率差较小，在入射棱镜配置用凹部41中的左内侧面41a与填充材44的界面时，激光La不会产生折射。
其次，在填充材44的内部行进的各发光元件7每一个的激光La，在使光束直径随着朝向行进方向而直径扩大的同时，入射于反射/透射层43。而且，反射/透射层43如上述使所入射的各发光元件7每一个的激光La，以预定的反射率在第3透镜面13侧反射，并且以预定的透射率透射棱镜42的入射面42a侧。此外，作为反射/透射层43的反射率及透射率，在能得到被认为足够用于监视激光La的输出的光量的监视光M的限度下，可设定与反射/透射层43的材质及厚度等相应的所期望的值。而且，在此种反射或透射时，如图23所示，反射/透射层43使入射于反射/透射层43的各发光元件7每一个的激光La各自的一部分(反射率份的光)，作为与各发光元件7分别相对应的各发光元件7每一个的监视光M而朝向与各监视光M对应的各第3透镜面13侧反射。
而且，如此通过反射/透射层43所反射的各发光元件7每一个的监视光M，在朝向各第3透镜面13侧在填充材44的内部行进后，入射于棱镜配置用凹部41的内底面41c。而且，入射于内底面41c的各发光元件7每一个的监视光M，在于透镜阵列本体34的内部行进后，从各第3透镜面13朝向与它们对应的各受光元件8分别射出。
另一方面，通过反射/透射层43所透射的各发光元件7每一个的激光La，在透射后立即入射于棱镜42的入射面42a，在棱镜42内部的光路上，朝向各第2透镜面12侧行进，并且使光束直径随着朝向行进方向而直径扩大。
此时，由于反射/透射层43的厚度极薄，各发光元件7每一个的激光L透射反射/透射层43时的折射，小至可以忽略。
其次，在棱镜42内部行进的各发光元件7每一个的激光La，从棱镜42的射出面42b射出至棱镜42的外部，经过填充材44后，入射于棱镜配置用凹部41的右内侧面41b。此时，如图26所示，由于棱镜42、填充材44及透镜阵列本体34的折射率差较小，在各发光元件7每一个的激光La上不会产生折射及菲涅耳反射。
其次，各发光元件7每一个的激光La在右内侧面41b以后的透镜阵列本体34的内部的光路上，朝向各第2透镜面12侧行进，并且使光束直径随着朝向行进方向而直径扩大。
而且，各发光元件7每一个的激光La除了以较大的光点直径投影在各第2透镜面12的有效直径内以外，还从各第2透镜面12朝向各光纤5的端面5a射出。
根据本实施形态，在适合于发光元件7的激光La的输出的调整的构成中，能有效地缓和第2透镜面12上的异物/伤痕对于耦合效率的影响。
此外，适用于第1实施形态及第2实施形态的各变形例，亦可适当应用于本实施形态中。
实施例1
其次，在本实施例中，一边使第1透镜面11的曲率半径(中心曲率半径)R变化，一边模拟第2透镜面12上的异物对VCSEL－光纤间的耦合效率的影响。
此外，在本模拟中，使用在如第1实施形态所示的第1透镜面11的背面侧配置有第2透镜面12的类型的透镜阵列。
另外，VCSEL为φ0.01㎜、NA0.15(然而，光束直径为强度降低至最大强度的1/e2的周缘部的直径)、使用波长850nm，光纤5为φ0.05㎜、NA0.20。
再者，VCSEL与第1透镜面11的距离为0.14㎜。
进一步，在本模拟中，如图27所示，在从第2透镜面12的中心(x＝0.00㎜、y＝0.00㎜)至0.015㎜的位置P1(x＝0.00㎜、y＝0.015㎜)，假设有大小为φ0.02㎜的异物。
另外，光纤5侧的散焦(Defocus)位置，在无异物的状况下，为耦合效率最佳的位置。
在此种条件下进行的本模拟的结果，表示于以下表1、图28及图29。
表1
然而，在图28中，横轴为第1透镜面11的曲率半径R，纵轴为耦合效率。另外，在图29中，横轴为第1透镜面11的曲率半径R，纵轴为透射率。
如表1、图28及图29所示，在第1透镜面11的曲率半径为0.08㎜的情况下，通过第1透镜面11所得的光束为超出本发明的范畴的准直光(CollimatedLight)，第2透镜面12中的激光La的透射率及激光La对光纤5的耦合效率，相比于无异物的情况下，为模拟中最差的值。考虑这是由于在准直光中，在第2透镜面12上的异物相对光的光点的面积占有率变高所致。
另一方面，在曲率半径为0.10㎜、0.12㎜、0.14㎜的情况下，通过第1透镜面11所得的光束成为比准直光还分散的会聚光，亦即本发明中所想要的光，第2透镜面12的激光La的透射率及激光La对光纤5的耦合效率，比准直光的情况下还高(与无异物的情况下相比的恶化较少)。特别是在曲率半径0.14㎜的情况下，透射率及耦合效率为最高值。考虑这是由于通过得到比准直光还分散的会聚光，而能充分降低在第2透镜面12上的异物对光的光点的面积占有率所致。
实施例2
其次，在本实施例中，对具备第2实施形态所示的反射面23的类型的透镜阵列，进行与实施例1相同的模拟。
此外，在本模拟中，VCSEL与第1透镜面11的距离设为0.28㎜。
另外，在本模拟中，如图30所示，在从第2透镜面12的中心(x＝0.00㎜、y＝0.00㎜)至0.03㎜的位置P2(x＝0.00㎜、y＝0.03㎜)，假设有大小为φ0.04㎜的异物。
其他的模拟条件为与实施例1相同。
本模拟结果表示于以下的表2、图31及图32。
表2
如表2、图31及图32所示，在第1透镜面11的曲率半径为0.17㎜的情况下，通过第1透镜面11所得的光束为脱离本发明的范围的准直光，第2透镜面12中的激光La的透射率及激光La对光纤5的耦合效率为模拟中最低值。
另一方面，在曲率半径为0.19㎜、0.21㎜、0.23㎜的情况下，通过第1透镜面11所得的光束为比准直光还分散的会聚光，亦即本发明中所想要的光，第2透镜面12的激光La的透射率及激光La对光纤5的耦合效率，比准直光的情况下还高。
在适用第3实施形态的透镜阵列的情况下，此种倾向也同样。
此外，本发明不限定于上述的实施形态，在无损本发明的特征的限度内，可做各种变更。
例如，上述的实施形态为作为光学通信而适用光传输的方式，但本发明亦能有效地适用在光接收。在适用于光接收的情况下，只要构成为在符合发光元件7的位置，取代发光元件7而配置光电探测器等受光元件，且从光纤5的端面5a朝向第2透镜面12射出接收用的激光即可。另外，在此情况下，只要将第2透镜面12形成为凸透镜面即可，该凸透镜面使从光纤5的端面5a所射出的激光，以比准直器的情况下还强的折射力会聚。如此，即使在光接收的情况下，亦能使第2透镜面12上的光的光点直径比第1透镜面11上的光的光点直径更大，而减少第2透镜面12上的异物/伤痕相对光的光点的面积占有率，因而能缓和异物/伤痕对受光元件的耦合效率的影响。
另外，本发明亦可适用在光波导路等光纤5以外的光传输体。
符号说明
1-副组件
2-透镜阵列
3-光电转换装置
5-光纤
7-发光元件
11-第1透镜面
12-第2透镜面

Claims (6)

1.一种透镜阵列，配置在排列配置有多个光电转换元件的光电转换装置与光传输体之间，能够将上述多个光电转换元件与上述光传输体光学耦合，其特征在于，具有：
多个第1透镜面，以在与上述多个光电转换元件对应的预定排列方向上排列的方式配置于透镜阵列本体中的上述光电转换装置侧的第1面，使耦合上述多个光电转换元件与上述光传输体的各光电转换元件每一个的光通过；及
多个第2透镜面，以沿着上述排列方向排列的方式配置于上述透镜阵列本体中的上述光传输体侧的第2面，使上述光通过；
上述第1透镜面或上述第2透镜面形成为面形状，该面形状为通过使上述光的光束直径随着从上述第1透镜面侧朝向上述第2透镜面侧而直径扩大，从而使上述第2透镜面上的上述光的光点直径比上述第1透镜面上的上述光的光点直径更大的形状。
2.如权利要求1所述的透镜阵列，其特征在于，
上述光电转换元件为发光元件，
上述第1透镜面为形成为：使从上述发光元件射出的上述光以比准直器的情况下还弱的折射力而会聚的凸透镜面或平透镜面或使上述发光元件的上述光发散的凹透镜面。
3.如权利要求1或2所述的透镜阵列，其特征在于，
上述第2面为配置成与上述第1面正交的面，
在上述第1透镜面与上述第2透镜面之间，配置有使从这两个透镜面的一方侧入射的上述光朝向另一方侧反射的反射面。
4.如权利要求3所述的透镜阵列，其特征在于，
上述光电转换装置是配置有至少1个接收监视光的受光元件的装置，该监视光用于监视从作为上述光电转换元件的多个发光元件的至少1个所发出的上述光，
具备：至少1个第3透镜面，配置于上述第1面，使从上述透镜阵列本体的内部侧所入射的上述监视光，朝向上述受光元件射出；及
光控制部，配置于上述透镜阵列本体中的上述反射面与上述第2透镜面之间的光路上，控制为入射通过上述反射面朝向上述第2透镜面侧所反射的上述多个发光元件每一个的光，使该所入射的多个发光元件每一个的光，以预定的反射率反射而向上述第3透镜面侧行进，并且以预定的透射率透射而向上述第2透镜面侧行进，此时，使上述多个发光元件每一个的光的至少之一作为上述监视光而反射。
5.如权利要求1或2所述的透镜阵列，其特征在于，
上述第2面为配置成与上述第1面相对的面，
上述第1透镜面上的光轴与上述第2透镜面上的光轴配置在同一直线上。
6.一种光模块，其特征在于，具备：
权利要求1至5中任一项所述的透镜阵列，及
权利要求1、2或4所述的光电转换装置。
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