CN103430069B - 透镜阵列及具备它的光学模块 - Google Patents

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Abstract

课题:本发明提供一种经考虑到透镜阵列主体因温度变化的变形而可进行光电转换装置的适当安装的透镜阵列、光学模块。解决方案:本发明满足:a+b+d1+e+△L≦W1,a:第一透镜面(11)的位置精度,b:第二透镜面(12)的位置精度,d1:发光元件(7)的位置精度,e:光纤(5)的位置精度,△L=α×△T×L(α:透镜阵列主体(4)的线膨胀系数,△T:主体(4)的温度变化,L:距第一面(4a)上的固定位置最远的同面上的透镜面的距离,W1:假设使光电转换装置(3)从发光元件7与光纤端5a的光耦合效率显示最大效率的安装位置移动至显示相当于2dB的效率降低的安装位置时的移动前-移动后的安装位置间的距离。

Description

透镜阵列及具备它的光学模块
技术领域
本发明涉及一种透镜阵列及具备它的光学模块,尤其涉及一种适用于使多个发光元件与多条光纤的端面光学性耦合的透镜阵列及具备它的光学模块。
背景技术
近年来,反映通信的高速化及通信器件的小型化的需求,以作为藉由紧凑的构成而实现多通道的光通信的有效的光学零件而言,一种并排配置有多个透镜的透镜阵列的需求已日益提升。
这种透镜阵列,自以往以来即已构成为可安装具备有多个发光元件(例如VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser(垂直腔面发光激光器))的光电转换装置,并且可安装多条光纤。
而且,透镜阵列构成为可在以此方式配置于光电转换装置与多条光纤之间的状态下,由将从光电转换装置的各发光元件射出的光光学性耦合至各光纤的端面,来进行多通道的光通信。
此外,自以往以来,在安装于这种透镜阵列的光电转换装置中,已有发光元件的光的输出特性因为温度等的影响而发生变化,因此对于通信信息的适当的传送会造成障碍的忧虑被视为问题。
以作为对应这种问题为目的的透镜阵列而言,至目前为止已建议有一种例如专利文献1所示的透镜阵列。即,在专利文献1中,将从发光元件射出并入射于透镜阵列的光的一部分,由配置于透镜阵列的光程上的反射面予以反射而作为监控光,且使所反射的监控光在透镜面收敛之后再朝向透镜阵列的外部的发光元件射出。再者,在光电转换装置侧,进行与由受光元件接收的监控光的强度或光量对应的发光元件的输出控制,由此使发光元件的输出稳定化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-344915号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而,为了适当进行光电转换装置的发光元件与光纤的端面的光学性耦合而获得高的光耦合效率,重要的是在将光电转换装置与光纤安装于透镜阵列时,将光电转换装置及光纤安装在透镜阵列的、适当的位置。
在此,光纤会有在其长度方向的端部保持于光连接器(例如MT连接器:Mechanically Transferable splicing connector)内的状态下与光连接器一同安装于透镜阵列的情形。在这种用于光纤的安装的光连接器中,有一种具备有用于进行光纤相对于透镜阵列的定位的光纤侧的光纤定位构造(例如,可插入圆销的圆轴套孔)的结构。
此外,在与这种光纤侧的光纤定位构造对应的透镜阵列中,具备有能够与光纤侧的光纤定位构造配合的透镜阵列侧的光纤定位构造(例如圆销)。
再者,关于这种光纤定位构造,已根据关于F12形多心光纤连接器的国际规格的IEC61754-5(对应的日本工业规格为JIS C5981)来规定尺寸(尺寸精度)。在依照这种规格来形成光纤定位构造的情形下,只要在光纤定位时,进行将光纤侧的光纤定位构造配合(例如嵌合)在与其对应的透镜阵列侧的光纤定位构造的机械性作业,就可做出充分的定位精度。
然而,关于用于进行光电转换装置相对于透镜阵列的定位的光电转换装置定位构造,由于尚未做出规格化,因此,仅藉由机械性的作业,难以做出充分的定位精度。
因此,自以往以来,在进行光电转换装置的定位时,为了进行高精度的定位,乃进行一种被称为主动对准的对准作业,该主动对准由图像识别、或使光电转换装置实际发出信号光来求出光电转换装置的最佳位置。
另外,在进行主动对准时,关于光电转换装置的发光元件中的光的射出方向的对准,虽然允许对于光耦合效率影响较少的某程度的误差,但关于与发光元件中的光的射出方向正交的方向,对于光耦合效率的影响较大,尤其要求须高精度的对准。
此外,自以往以来,透镜阵列虽以藉由使用金属模具的树脂材料(例如,聚醚酰亚胺)的射出成形来形成为主流,但这种透镜阵列被推定会随着因为激光器本身的发热所引起的温度变化、或在服务器内等的易于变化温度为高温的使用环境下的温度上升而变形(膨胀)。此外,这种透镜阵列被推定在低温时会较常温时更为收缩。因此,在将光电转换装置进行定位时,需推定这种透镜阵列因温度变化而造成的变形,以进行即使在产生变形的情形下仍然会做出光电转换装置的安装位置的精度成为高精度的定位。尤其在最近,对于光学模块已要求要对应于比以往更为高温的使用环境温度(例如105℃),而为了应这种要求,要在光电转换装置进行定位时考虑透镜阵列因温度变化而造成的变形,这一点可谓极为重要。然而,以往关于经考虑到这种透镜阵列的变形而可进行光电转换装置的高精度的定位的技术,并未有任何有效的提案。
另外,关于根据监控光来弥补发光元件的射出光的输出特性因温度变化而变化的点虽已在前面陈述,但这种以在高温环境下的通信稳定化为目的的构成,也在未与光电转换装置的定位精度因温度变化导致的透镜阵列的变形对应的情形下,其意义自会淡化,此绝非言过其实。这是因纵使在高温时根据监控光使发光元件的输出稳定,也在由于透镜阵列因温度变化的变形而使光电转换装置、透镜阵列、光纤间的相对位置的变化成为无法容许的情形下,在发光元件与光纤的端面之间无法透过透镜阵列而获得充分的光耦合效率,如此一来即成为对于稳定的通信带来障碍的结果。
因此,本发明鉴于上述问题而提出的,其目的在于提供一种透镜阵列及具备它的光学模块,其考虑到透镜阵列主体因温度变化造成的变形而可进行光电转换装置的适当安装并且可有效地利用监控光,甚至可谋求光学性能及其温度稳定性的提升。
解决课题的方案
为了达成上述目的,本发明的方案1的透镜阵列的特征在于以下各点:一种透镜阵列,其能够安装排列形成有多个发光元件并且形成有至少一个受光元件的光电转换装置与多条光纤,且设为能够光学性耦合上述多个发光元件与上述多条光纤的端面,其中该受光元件接收用于监控从上述多个发光元件的至少一个所发出的光的监控光,该透镜阵列的特征在于,具备:透镜阵列侧的光电转换装置定位构造,其形成于透镜阵列主体中之安装有上述光电转换装置的第一面,用于进行上述光电转换装置的安装时的上述光电转换装置的定位;透镜阵列侧的光纤定位构造,其形成于上述透镜阵列主体中的安装有上述多条光纤的第二面,用于进行上述多条光纤的安装时的上述多条光纤的定位;多个第一透镜面,其以在与上述多个发光元件对应的预定排列方向排列的方式形成于上述第一面,且供上述多个发光元件的每个发出的光分别入射;与上述第一透镜面相同数量的第二透镜面,其以沿着与上述多条光纤的端面对应的预定排列方向排列的方式形成于上述第二面,且将分别入射于上述多个第一透镜面的上述多个发光元件的每个的光朝向上述多条光纤的端面分别射出;至少一个第三透镜面,其形成于上述第一面,使从上述透镜阵列主体的内部侧入射的上述监控光朝向上述受光元件射出;及光控制部,其配置成位于连接上述透镜阵列主体中的上述第一透镜面与上述第二透镜面的光程上且位于连接上述第一透镜面与上述第三透镜面的光程上,且控制成使所入射于上述多个第一透镜面的上述多个发光元件的每个的光入射,且将此入射的上述多个发光元件的每个的光以预定反射率反射而朝上述第三透镜面侧行进并且以预定穿透率穿透而朝上述第二透镜面侧行进,此时,使上述多个发光元件的每个的光中的至少一个反射来作为上述监控光,作为上述光电转换装置,安装有具备在其进行定位时与上述透镜阵列侧的光电转换装置定位构造配合的光电转换装置侧的光电转换装置定位构造的结构;作为上述光纤,安装有具备在其进行定位时与上述透镜阵列侧的光纤定位构造配合的光纤侧的光纤定位构造的结构;且与上述光电转换装置及上述光纤相互作用,而满足以下(1)所示的条件式:a+b+d1+e+△L≦W1…(1),式中:a:第一透镜面的位置精度[μm],b:第二透镜面的位置精度[μm],d1:光电转换装置的发光元件的位置精度[μm],e:光纤的位置精度[μm],△L:透镜位置因下式所表示的温度变化所产生的变化量[μm],△L=α×△T×L,其中,α:透镜阵列主体的线膨胀系数[1/℃],△T:透镜阵列主体的温度变化[℃],L:第一面上的固定位置与距该固定位置最远的第一面上的透镜面的位置的距离[mm];W1:第一公差[μm]:当假设使光电转换装置沿着第一透镜面中与光轴正交的方向,从安装至光电转换装置的发光元件与光纤的端面的光耦合效率显示预先设定的最大效率的透镜阵列主体的安装位置,移动至显示相对于最大效率相当于2dB的光耦合效率的降低的安装位置时,移动前的安装位置与移动后的安装位置之间的距离。
另外,根据方案1的发明,由满足(1)的条件式,在将光电转换装置安装于透镜阵列主体时,发光元件的光的射出方向(即第一透镜面中的光轴的轴方向)及与其正交的方向的任一方向的对准均不需要,只要进行使光电转换装置侧的光电转换装置定位构造与透镜阵列侧的光电转换装置定位构造卡合的机械性作业,就可容易进行在发光元件与光纤的端面之间不管温度变化如何均可获得充分的光耦合效率的高精度的光电转换装置的定位。结果,可容易进行经考虑到透镜阵列主体因温度变化造成的变形的光电转换装置的适当安装,并且有效利用监控光,甚至可谋求制造效率、光学性能及其温度稳定性的提升。
此外,方案2的透镜阵列的特征在于,根据方案1的透镜阵列,其中进一步与上述光电转换装置及上述光纤相互作用,满足以下(2)所示的条件式:a+c+d1+d2+△L≦W2…(2),式中:c:第三透镜面的位置精度[μm],d2:光电转换装置的受光元件的位置精度[μm],W2:第二公差[μm]:当假设使光电转换装置沿着第一透镜面中与光轴正交的方向,从安装至光电转换装置的发光元件与受光元件的光耦合效率显示预先设定的最大效率的透镜阵列主体的安装位置,移动至显示相对于最大效率相当于2dB的光耦合效率的降低的安装位置时,移动前的安装位置与移动后的安装位置之间的距离。
另外,根据方案2的发明,进一步由满足(2)的条件式,只要进行使光电转换装置侧的光电转换装置定位构造与透镜阵列侧的光电转换装置定位构造配合的机械性作业,就可容易进行在发光元件与受光元件之间不管温度变化如何均可获得充分的光耦合效率的高精度的光电转换装置的定位,因此可简单且可靠地获得监控光,且可进一步提升光学性能及其温度稳定性。
另外,方案3的透镜阵列的特征在于,根据方案1或2的透镜阵列,其中上述透镜阵列侧的光电转换装置定位构造形成为圆穴状、圆孔状或圆销状;作为上述光电转换装置,能够安装具备有形成为可嵌合于上述透镜阵列侧的光电转换装置定位构造的圆销状、圆穴状或圆孔状的上述光电转换装置侧的光电转换装置定位构造的结构。
而且,根据方案3的发明,即可将光电转换装置定位构造形成为简单的形状,因此可进一步削减制造成本。
另外,方案4的透镜阵列的特征在于以下各点:一种透镜阵列,其能够安装排列形成有多个发光元件并且形成有至少一个受光元件的光电转换装置与多条光纤,且设为能够光学性耦合上述多个发光元件与上述多条光纤的端面,其中该受光元件接收用于监控从上述多个发光元件中至少一个所发出的光的监控光,该透镜阵列的特征在于,具备:透镜阵列侧的光纤定位构造,其形成于透镜阵列主体中的安装有上述多条光纤的第二面,用于进行上述多条光纤的安装时的上述多条光纤的定位;多个第一透镜面,其以在与上述多个发光元件对应的预定排列方向排列的方式形成于上述透镜阵列主体中安装有上述光电转换装置的第一面,且供上述多个发光元件的每个发出的光分别入射;与上述第一透镜面相同数量的第二透镜面,其以沿着与上述多条光纤的端面对应的预定排列方向排列的方式形成于上述第二面,且将分别入射于上述多个第一透镜面的上述多个发光元件的每个的光朝向上述多条光纤的端面分别射出;至少一个第三透镜面,其形成于上述第一面,使从上述透镜阵列主体的内部侧入射的上述监控光朝向上述受光元件射出;及光控制部,其配置成位于连接上述透镜阵列主体中的上述第一透镜面与上述第二透镜面的光程上且位于连接上述第一透镜面与上述第三透镜面的光程上,且控制成使所入射于上述多个第一透镜面的上述多个的发光元件每个的光入射,且将此入射的上述多个发光元件的每个的光以预定反射率反射而朝上述第三透镜面侧行进并且以预定穿透率穿透而朝上述第二透镜面侧行进,此时,使上述多个发光元件的每个的光中的至少一个反射来作为上述监控光,上述光电转换装置以由对准作业的定位方式来安装;作为上述光纤,安装有具备在其进行定位时与上述透镜阵列侧的光纤定位构造配合的光纤侧的光纤定位构造的结构;且与上述光电转换装置及上述光纤相互作用,而满足以下(1)所示的条件式:a+b+d1+e+△L≦W1(1),式中:a:第一透镜面的位置精度[μm],b:第二透镜面的位置精度[μm],d1:光电转换装置的发光元件的位置精度[μm],e:光纤的位置精度[μm],△L:透镜位置因下式所表示的温度变化所产生的变化量[μm],△L=α×△T×L,其中,α:透镜阵列主体的线膨胀系数[1/℃],△T:透镜阵列主体的温度变化[℃],L:第一面上的固定位置与距该固定位置最远的第一面上的透镜面的位置的距离[mm];W1:第一公差[μm]:当假设使光电转换装置沿着第一透镜面中与光轴正交的方向,从安装至光电转换装置的发光元件与光纤的端面的光耦合效率显示预先设定的最大效率的透镜阵列主体的安装位置,移动至显示相对于最大效率为相当于2dB的光耦合效率的降低的安装位置时,移动前的安装位置与移动后的安装位置之间的距离。
再者,根据方案4的发明,由满足(1)的条件式,以由对准作业的定位方式将光电转换装置安装于透镜阵列主体时,可进行在发光元件与光纤的端面之间不管温度变化如何均可获得充分的光耦合效率的高精度的定位。结果,可进行经考虑到透镜阵列主体因温度变化造成的变形的光电转换装置的适当安装,并且有效利用监控光,甚至可谋求光学性能及其温度稳定性的提升。
另外,方案5的透镜阵列的特征,根据4的透镜阵列,其中进一步与上述光电转换装置及上述光纤相互作用,满足以下(2)所示的条件式:a+c+d1+d2+△L≦W2…(2),式中:c:第三透镜面的位置精度[μm],d2:光电转换装置的受光元件的位置精度[μm],W2:第二公差[μm]:当假设使光电转换装置沿着第一透镜面中与光轴正交的方向,从安装至光电转换装置的发光元件与受光元件的光耦合效率显示预先设定的最大效率的透镜阵列主体的安装位置,移动至显示相对于最大效率为相当于2dB的光耦合效率的降低的安装位置时,移动前的安装位置与移动后的安装位置之间的距离。
而且,根据方案5的发明,进一步由满足(2)的条件式,以由对准作业的定位方式将光电转换装置安装于透镜阵列主体时,可进行在发光元件与受光元件之间不管温度变化如何均可获得充分的光耦合效率的高精度的定位,因此可确实获得监控光,且可进一步提升光学性能及其温度稳定性。
另外,方案6的透镜阵列的特征,根据方案1至5中任一项的透镜阵列,其中上述透镜阵列侧的光纤定位构造形成为圆销状、圆穴状或圆孔状;作为上述多条光纤,能够安装具备有形成为可嵌合于上述透镜阵列侧的光纤定位构造的圆穴状、圆孔状或圆销状之上述光纤侧的光纤定位构造的机构。
而且,根据方案6的发明,由于可将光纤定位构造形成为符合规格的形状,因此可容易且高精度地进行光纤的定位。
另外,方案7的透镜阵列的特征,根据方案1至6中任一项的透镜阵列,其中作为上述光电转换装置,形成为安装有上述受光元件沿着上述发光元件的排列方向形成与上述发光元件相同数量的结构;且上述第三透镜面沿着上述第一透镜面的排列方向排列并形成与上述第一透镜面及上述第二透镜面相同的数量。
而且,根据方案7的发明,由于可获得各个发光元件的监控光,因此能够可靠地使各发光元件的射出光的输出稳定化。此外,由形成多个发光元件及第三透镜面,满足(2)的条件式时的效果更加显著。
另外,方案8的透镜阵列的特征,根据方案1至7中任一项的透镜阵列,其中上述光控制部具备:凹部,其凹入形成于上述透镜阵列主体,且供入射于上述多个第一透镜面的上述多个发光元件的每个的光入射;棱镜,其配置于该凹部所形成的空间内,用于形成在入射于上述凹部后朝向上述第二透镜面侧行进的上述多个发光元件的每个的光的光程;及反射/穿透层,其位于上述凹部所形成的空间内且配置于相对于上述棱镜在上述多个发光元件的每个的光的行进方向的上游侧的位置,用于将入射于上述凹部的上述多个发光元件的每个的光以上述预定反射率反射至上述第三透镜面侧,并且以上述预定穿透率穿透至上述棱镜侧,此时,使上述多个发光元件的每个的光中的至少一个反射来作为上述监控光。
而且,根据方案8的发明,可由简单的构成而可靠地获得监控光。
另外,方案9的光学模块的特征在于,一种光学模块,其特征在于具备:方案1至8中任一项的透镜阵列;及与透镜阵列对应的光电转换装置。
而且,根据方案9的发明,可进行在发光元件与光纤的端部之间不管温度变化如何均可获得充分的光耦合效率的高精度的光电转换装置的定位。
发明效果
根据本发明,可进行经考虑到透镜阵列主体因温度变化造成的变形的光电转换装置的适当安装,并且可有效利用监控光,甚至可谋求光学性能及其温度稳定性的提升。
附图说明
图1是在本发明的透镜阵列及光学模块的第一实施形态中,将光学模块的概要与透镜阵列的纵剖面图一同显示的概略构成图。
图2是图1所示的透镜阵列的主视图。
图3是透镜阵列主体的俯视图。
图4是图1所示的透镜阵列的左侧面图。
图5是图1所示的透镜阵列的右侧面图。
图6是图1所示的透镜阵列的下面图。
图7是显示图1的光学模块中的光电转换装置及光纤的定位构造的概略构成图。
图8是用在(1)式的L及△L的说明的第一说明图。
图9是用在(1)式的L及△L的说明的第二说明图。
图10是显示用以求出第一公差的模拟结果的曲线图。
图11是显示用以求出第二公差的仿真结果的曲线图。
图12是显示第一实施形态的变形例的一例的下面图。
图13是用在图12的构成中的△L的说明的第一说明图。
图14是用在图12的构成中的△L的说明的第二说明图。
图15是显示与第一实施形态的图12至图14不同的变形例的一例的概略纵剖面图。
图16是显示与第一实施形态的图12至图15不同的变形例的一例的概略纵剖面图。
图17是显示与第一实施形态的图12至图16不同的变形例的一例的概略纵剖面图。
图18是显示与第一实施形态的图12至图17不同的变形例的一例的概略纵剖面图。
图19是在本发明的第二实施形态中显示透镜阵列的主视图。
图20是图19的俯视图。
图21是图19的下面图。
图22是用在图19至图21的构成中的△L的说明的第一说明图。
图23是用在图19至图21的构成中的△L的说明的第二说明图。
图24是显示第二实施形态的第一变形例的俯视图。
图25是显示第二实施形态的第一变形例的下面图。
图26是显示第二实施形态的第一变形例的右侧面图。
图27是用在第二实施形态的第一变形例中的△L的说明的第一说明图。
图28是用在第二实施形态的第一变形例中之△L的说明的第二说明图。
图29是显示第二实施形态的第二变形例的俯视图。
图30是显示第二实施形态的第二变形例的下面图。
图31是显示第二实施形态的第二变形例的右侧面图。
图32是用在第二实施形态的第二变形例中的△L的说明的第一说明图。
图33是用在第二实施形态的第二变形例中的△L的说明的第二说明图。
图34是显示第二实施形态之第三变形例的俯视图。
图35是显示第二实施形态之第三变形例的下面图。
图36是用在第二实施形态之第三变形例中的△L的说明的第一说明图。
图37是用在第二实施形态的第三变形例中的△L的说明的第二说明图。
图38是显示第二实施形态的第四变形例的俯视图。
图39是显示第二实施形态的第四变形例的下面图。
图40是用在第二实施形态的第四变形例中的△L的说明的第一说明图。
图41是用在第二实施形态的第四变形例中的△L的说明的第二说明图。
图42是显示第二实施形态的第五变形例的俯视图。
图43是显示第二实施形态的第五变形例的下面图。
图44是用在第二实施形态的第五变形例中的△L的说明的第一说明图。
图45是用在第二实施形态的第五变形例中的△L的说明的第二说明图。
图46是显示第二实施形态的第六变形例的主视图。
图47是显示第二实施形态的第六变形例的俯视图。
图48是显示第二实施形态的第六变形例的下面图。
图49是用在第二实施形态的第六变形例中的△L的说明的第一说明图。
图50是用在第二实施形态的第六变形例中的△L的说明的第二说明图。
图51是显示第二实施形态的第七变形例的俯视图。
图52是显示第二实施形态的第七变形例的下面图。
图53是显示第二实施形态的第七变形例的右侧面图。
图54是用在第二实施形态的第七变形例中的△L的说明的第一说明图。
图55是用在第二实施形态的第七变形例中的△L的说明的第二说明图。
图56是显示第二实施形态的第八变形例的俯视图。
图57是显示第二实施形态的第八变形例的下面图。
图58是显示第二实施形态的第八变形例的右侧面图。
图59是用在第二实施形态的第八变形例中的△L的说明的第一说明图。
图60是用在第二实施形态的第八变形例中的△L的说明的第二说明图。
图61是显示第二实施形态的第九变形例的主视图。
图62是显示第二实施形态的第九变形例的俯视图。
图63是显示第二实施形态的第九变形例的下面图。
图64是用在第二实施形态的第九变形例中的△L的说明的第一说明图。
图65是用在第二实施形态的第九变形例中的△L的说明的第二说明图。
图66是显示第二实施形态的第十变形例的俯视图。
图67是显示第二实施形态的第十变形例的下面图。
图68是显示第二实施形态的第十变形例的右侧面图。
图69是用在第二实施形态的第十变形例中的△L的说明的第一说明图。
图70是用在第二实施形态的第十变形例中的△L的说明的第二说明图。
图71是显示第二实施形态的第十一变形例的俯视图。
图72是显示第二实施形态的第十一变形例的下面图。
图73是显示第二实施形态的第十一变形例的右侧面图。
图74是用在第二实施形态的第十一变形例中的△L的说明的第一说明图。
图75是用在第二实施形态的第十一变形例中的△L的说明的第二说明图。
图76是显示第二实施形态的第十二变形例的主视图。
图77是显示第二实施形态的第十二变形例的下面图。
图78是用在第二实施形态的第十二变形例中的△L的说明的第一说明图。
图79是用在第二实施形态的第十二变形例中的△L的说明的第二说明图。
图80是显示第二实施形态的第十三变形例的下面图。
图81是显示第二实施形态的第十三变形例的右侧面图。
图82是用在第二实施形态的第十三变形例中的△L的说明的第一说明图。
图83是用在第二实施形态的第十三变形例中的△L的说明的第二说明图。
图84是显示第二实施形态的第十四变形例的下面图。
图85是显示第二实施形态的第十四变形例的右侧面图。
图86是用在第二实施形态的第十四变形例中的△L的说明的第一说明图。
图87是用在第二实施形态的第十四变形例中的△L的说明的第二说明图。
具体实施方式
(第一实施形态)
以下参照图1至图18来说明本发明的透镜阵列及具备它的光学模块的第一实施形态。
在此,图1是将本实施形态中的光学模块1的概要与本实施形态中的透镜阵列2的纵剖面图一同显示的概略构成图。此外,图2是图1所示的透镜阵列2的主视图。再者,图3是图1所示的透镜阵列2的俯视图。再者,图4是图1所示的透镜阵列2的左侧面图。此外,图5是图1所示的透镜阵列2的右侧面图。再者,图6是图1所示的透镜阵列2的下面图。
如图1所示,本实施形态中的透镜阵列2配置于光电转换装置3与光纤5之间。
在此,光电转换装置3在面对半导体基板6的透镜阵列2的面,具有相对于该面朝垂直方向(图1中的上方向)射出(发出)激光La的多个发光元件7,而此等发光元件7构成上述的VCSEL(垂直空腔表面发光激光器)。另外,在图1中,各发光元件7沿着图1中的纸面垂直方向排列形成。此外,光电转换装置3在面对半导体基板6中的透镜阵列2的面,且为图1中相对于各发光元件7的左方附近位置具有与发光元件7相同数量的多个受光元件8,该发光元件7接收用以监控从各发光元件7分别射出的激光La的输出(例如强度或光量)的监控光M。另外,受光元件8排列形成为与发光元件7相同方向,而在相互对应的元件7、8彼此之间,在排列方向的位置相互一致。即,受光元件8以与发光元件7相同间距(pitch)而形成。此受光元件8可为光检测器(photo-detector)。此外,受光元件8只要形成至少一个,未必形成与发光元件7相同的数量,也可形成为数量比发光元件7更少。再者,虽未图示,但在光电转换装置3中,连接有根据藉由受光元件8所接收的监控光M的强度或光量来控制从发光元件7发出的激光La的输出的控制电路。这种光电转换装置3例如在使半导体基板6抵接于透镜阵列2的状态下,对透镜阵列2成相对向配置。再者,此光电转换装置3例如以夹钳(clamp)弹簧、粘接剂等的未图示的公知的固定手段来安装于透镜阵列2,藉此与透镜阵列2共同构成光学模块1。
此外,本实施形态中的光纤5配设成与发光元件7及受光元件8相同数量,且沿着图1中的纸面垂直方向以与发光元件7相同间距而排列形成。各光纤5设为彼此相同尺寸的多模(multimode)方式的光纤5,并且其端面5a侧的部位为保持在上述的MT连接器等的多心总括型的光连接器10内。这种光纤5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,藉由未图示的公知的固定手段(例如,夹钳弹簧等)来安装于透镜阵列2。
再者,透镜阵列2在配置于这种光电转换装置3与光纤5之间的状态下,使各发光元件7与各光纤5的端面5a形成光学性耦合。
进一步详述该透镜阵列2,如图1所示,透镜阵列2具有透光性的透镜阵列主体4,而该透镜阵列主体4的外形形成为大致矩形板状。即,如图1及图3所示,透镜阵列主体4藉由上端面4c、下端面4a、左端面4b、右端面4e、前端面4f及后端面4g的各平面而构成大致的外形。此外,上下的端面4c、4a设为彼此平行,而左右的端面4b、4e也设为彼此平行。再者,上下的端面4c、4a与左右的端面4b、4e设为彼此垂直。
这种透镜阵列主体4的下端面4a,发挥作为供光电转换装置3安装的第一面的功能,而在其下端面4a,如图1及图6所示,形成有与发光元件7相同数量的多个(12个)平面圆形的第一透镜面(凸透镜面)11。在此,如图1所示,下端面4a在图1中右侧的预定范围的平面大致成矩形的部位,形成于透过柱孔部(counter boring)23而凹入于较其他部位更上方的凹入平面(以下称为透镜形成面23a),而多个第一透镜面11形成于这种下端面4a中的透镜形成面23a上。然而,透镜形成面23a形成为相对于下端面4a中的其他部位呈平行。此外,各第一透镜面11形成为排列在与发光元件7对应的预定排列方向(图1中的纸面垂直方向,第六图中的纵方向)。再者,各第一透镜面11形成为彼此相同尺寸,并且以与发光元件7相同间距形成。另外,在排列方向中彼此相邻的第一透镜面11彼此可形成为使各个周端部彼此接触的邻接状态。此外,如图1所示,各第一透镜面11上的光轴OA(1)以与从分别对应于各第一透镜面11的各发光元件7发出的激光La的中心轴一致为理想。最好是各第一透镜面11上的光轴OA(1)设为相对于透镜阵列主体4的下端面4a呈垂直。
在这种各第一透镜面11中,如图1所示,供与各第一透镜面11分别对应的各个发光元件7射出的激光La入射。再者,各第一透镜面11使所入射的各个发光元件7的激光La朝透镜阵列主体4的内部行进。另外,各第一透镜面11可使所入射的各个发光元件7的激光La达成准直(collimate)功能,或者也可使其收敛。
另一方面,透镜阵列主体4的左端面4b发挥作为供多个光纤5安装的第二面的功能。而在该左端面4b中,如图1及图4所示,形成有与第一透镜面11相同数量的平面圆形的多个第二透镜面(凸透镜面)12。在此,如图1及图4所示,左端面4b在中央侧的预定范围的平面大致成矩形的部位,相对于将该部位包围的周边侧的部位形成于透过柱孔部26而凹入于图1中的右方的凹入平面(以下称为透镜形成面26a),而多个第二透镜面12形成于这种左端面4b中的透镜形成面26a上。然而,透镜形成面26a形成为相对于左端面4b中的其他部位呈平行。此外,各第二透镜面12形成为排列在与各光纤5的端面5a的排列方向,即与第一透镜面11的排列方向相同方向。再者,各第二透镜面12形成为彼此相同尺寸,并且以与第一透镜面11为相同间距而形成。另外,在排列方向中彼此相邻的第二透镜面12彼此之间可形成为使各个周端部彼此接触的邻接状态。此外,各第二透镜面12上的光轴OA(2),以位在与对应于各第二透镜面12的各光纤5的端面5a的中心轴为相同轴上为理想。最好是各第二透镜面12上的光轴OA(2)设为相对于透镜阵列主体4的左端面4b呈垂直。
在这种各第二透镜面12中,如图1所示,供分别入射于对应于各第二透镜面12的各第一透镜面11而行进于透镜阵列主体4的内部的光程而来的各个发光元件7的激光La分别入射。此时,各个发光元件7的激光La的中心轴,以与各第二透镜面12上的光轴OA(2)一致为理想。再者,各第二透镜面12使所入射的各个发光元件7的激光La收敛并朝向与各第二透镜面12对应的各光纤的端面5a而分别射出。
如此一来,各发光元件7与各光纤5的端面5a即透过第一透镜面11及第二透镜面12而形成光学性耦合。
再者,如图1及图6所示,在透镜阵列主体4的下端面4a中的透镜形成面23a上且为在图1相对于第一透镜面11的左方附近位置,形成有与受光元件8相同数量(在本实施形态中,发光元件7、光纤5、第一透镜面11及第二透镜面12都为相同数量)的平面圆形状的第三透镜面(凸透镜面)13。各第三透镜面13形成为排列在与受光元件8对应的预定排列方向,即与第一透镜面11的排列方向相同的方向。此外,各第三透镜面13形成为彼此相同尺寸,并且以与各受光元件8相同间距而形成。另外,在排列方向中彼此相邻的第三透镜面13彼此,也可形成为使各个周端部彼此接触的邻接状态。此外,各第三透镜面13上的光轴OA(3),以与分别对应于各第三透镜面13的各受光元件8的受光面的中心轴一致的情况为理想。最好是各第三透镜面13上的光轴OA(3),设为相对于透镜阵列主体4的下端面4a呈垂直。
在这种各第三透镜面13中,如图1所示,供分别对应于各第三透镜面13的各个发光元件7的监控光M从透镜阵列主体4的内部侧入射。再者,各第三透镜面13使所入射的各个发光元件7的监控光M收敛并朝向与各第三透镜面13对应的各受光元件8分别射出。
再者,如图1及图3所示,在透镜阵列主体4的上端面4c,凹入形成有纵剖面大致梯形的第二凹部63,而构成该第二凹部63的内面的一部分的倾斜面4d设为全反射面4d。如图1所示,全反射面4d形成为其上端部较其下端部更位于图1中的左侧(即后述的凹部14侧)的相对于透镜阵列主体4的下端面4a及左端面4b的双方具有倾斜的倾斜面。此全反射面4d配置在第一透镜面11与后述的凹部14的第一光学面14a之间的各个发光元件7的激光La的光程上。
在这种全反射面4d中,如图1所示,供分别入射于各第一透镜面11的后的各个发光元件7的激光La从图1中的下方以临界角以上的入射角入射。再者,全反射面4d使所入射的各个发光元件7的激光La朝向图1中的左侧发生全反射。
另外,全反射面4d的倾斜角,优选为以下端面4a为基准(0°)而绕着图1中的顺时针方向设为40°至50°(最好是45°)。此外,在全反射面4d上,也可涂覆(coating)由Au(金)、Ag(银)、Al(铝)等所构成的反射膜。
此外,如图1及图3所示,在透镜阵列主体4的上端面4c,以位在连结第一透镜面11与第二透镜面12的光程上的方式凹入形成有凹部14。
在此,如图1所示,在凹部14的右侧面,如图1所示,形成有构成凹部14的内面的一部分的第一光学面14a。此第一光学面14a形成为相对于透镜阵列主体4的左端面4b呈平行。
在这种第一光学面14a上,如图1所示,供藉由全反射面4d全反射的各个发光元件7的激光La垂直入射。此入射角(即入射方向)成为相对于左端面4b也呈垂直的角度(入射方向)。
此外,如图1所示,在凹部14的左侧面形成有第二光学面14b,该第二光学面14b是凹部14的内面的一部分,且为相对于第一光学面14a而在图1的左方构成相对向的部位。该第二光学面14b也形成为相对于左端面4b呈平行。
在这种第二光学面14b中,如图1所示,供入射于第一光学面14a的后朝向各第二透镜面12侧行进的各个发光元件7的激光La垂直入射。再者,第二光学面14b使所入射的各个发光元件7的激光La垂直穿透。
再者,如图1所示,在凹部14所形成的空间内,配置有纵剖面大致为梯形的棱镜16。
在此,如图1所示,棱镜16在图1的左方面对第一光学面14a的位置,具有构成棱镜16的表面的一部分的第一棱镜面16a。此第一棱镜面16a形成为其上端部较其下端部更位于图1中的右侧(即第一光学面14a侧)的相对于透镜阵列主体4的下端面4a及左端面4b具有预定倾斜角的倾斜面。藉此,如图1所示,在第一棱镜面16a与第一光学面14a之间,形成有纵剖面成直角三角形状的空间。另外,第一棱镜面16a也可相对于全反射面4d呈平行配置。
此外,如图1所示,棱镜16具有第二棱镜面16b,其棱镜16的表面的一部分且构成与第一棱镜面16a相对向的部位。此第二棱镜面16b在相对于第二光学面14b于图1的右方隔开预定间隔所面对的位置,相对于第二光学面14b呈平行配置。
再者,如图1所示,棱镜16的在图1中的右端面抵接于从凹部14的右侧面中的第一光学面14a的上端朝上方延伸的部位,此外,棱镜16的在图1中的下端面抵接于凹部14的底面14e,再者,形成于该上端部的凸缘部36则以抵接于透镜阵列主体4的上端面4c的方式来对凹部14进行定位。
这种棱镜16以形成入射于第一光学面14a的后朝向第二透镜面12侧行进的各个发光元件7的激光La的光程的方式而形成。
再者,如图1所示,在凹部14与棱镜16之间,充填有由透光性的粘接材料所构成的充填材料18,藉由此充填材料18的粘接力,使棱镜16稳定地保持于凹部14内。此外,如图1所示,充填材料18也配置于凸缘部36上,且也用在凸缘部36对于透镜阵列主体4的上端面4c的粘接上。以这种充填材料18而言,可使用热硬化性树脂或紫外线硬化性树脂。
此外,在本实施形态中,充填材料18形成为与棱镜16相同的折射率。例如,在藉由作为聚醚酰亚胺的SABIC公司制Ultem(注册商标)来形成棱镜16时,也可藉由三菱瓦斯化学公司制LUMIPLUS(注册商标)来形成充填材料18。此时,可将棱镜16及充填材料18的折射率相对于波长850nm的光均设为1.64。除此以外,例如,在藉由作为环状烯烃(olefin)树脂的JSR公司制的ARTON(注册商标)来形成棱镜16时,也可藉由作为UV硬化树脂的(股份有限公司)TECS制的A1754B来形成充填材料18。此时,可将棱镜16及充填材料18的折射率相对于波长850nm的光均设为1.50。
再者,如图1所示,在凹部14所形成的空间内且在相对于棱镜16为各个发光元件7的激光La的行进方向中的上游侧的位置,形成有厚度较薄的反射/穿透层17。在此,如图1所示,反射/穿透层17的第一光学面14a侧的表面,隔着充填材料18而面对第一光学面14a,并且反射/穿透层17的第一棱镜面16a侧的表面与第一棱镜面16a密接。这种反射/穿透层17也可藉由对由Ni(镍)、Cr(铜)或Al等的单一金属所构成的单层膜或是介电常数彼此不同的多个介电体(例如TiO2与SiO2)进行交替迭层所获得的介电体多层膜予以涂覆于第一棱镜面16a上而形成。此时,在涂覆方面可使用英高镍(Inconel)蒸镀等的公知的涂覆技术。在使用这种涂覆时,可将反射/穿透层17形成为1μm以下极薄的厚度。然而,也可藉由玻璃滤光片(glass filter)来构成反射/穿透层17。此外,反射/穿透层17也可形成为相对于第一棱镜面16a呈平行。
在此,如图1所示,垂直入射于第一光学面14a的各个发光元件7的激光La,不会折射而是朝向第二透镜面12侧在充填于第一光学面14a与反射/穿透层17之间的充填材料18的内部的光程上直线前进。此时,只要将充填材料18与透镜阵列主体4均形成为相同折射率,就可抑制在第一光学面14a与充填材料18的界面中的菲涅耳(Fresnel)反射。此时,透镜阵列主体4也可藉由与棱镜16相同的材料来形成。再者,如此一来行进在第一光学面14a与反射/穿透层17之间的充填材料18内的各个发光元件7的激光La即入射于反射/穿透层17。再者,反射/穿透层17使所入射的各个发光元件7的激光La,以预定的反射率而反射至第三透镜面13侧,并且以预定的穿透率穿透至棱镜16侧。此时,由于反射/穿透层17的厚度较薄,故穿透该反射/穿透层17的激光La的折射可予以忽视(可视为直线前进穿透)。另外,以反射/穿透层17的反射率及穿透率而言,可在可获得被视为足以监控激光La的输出的光量的监控光M的限度下,设定与反射/穿透层17的材质或厚度等对应的所希望的值。例如,在藉由上述的单层膜来形成反射/穿透层17时,虽依其厚度而有所不同,但可将反射/穿透层17的反射率设为20%、穿透率设为60%(吸收率为20%)。此外,例如,在藉由上述的介电体多层膜来形成反射/穿透层17时,虽依其厚度或层数而有所不同,但可将反射/穿透层17的反射率设为10%、穿透率设为90%。
再者,在进行这种反射或穿透时,如图1所示,反射/穿透层17使入射于反射/穿透层17的各个发光元件7的激光La的各个的一部分(反射率所属的光)朝向与各监控光M对应的各第三透镜面13侧反射,以作为与各发光元件7分别对应的各个发光元件7的监控光M。
再者,如此一来经反射/穿透层17所反射的各个发光元件7的监控光M,就在朝向各第三透镜面13侧行进于透镜阵列主体4的内部的后,即从各第三透镜面13朝向与该等对应的各受光元件8而分别射出。
另一方面,各个发光元件7的经反射/穿透层17所穿透的激光La,在穿透的后紧接着就入射于第一棱镜面16a。各个发光元件7的激光La相对于该第一棱镜面16a的入射方向,可视为与各个发光元件7的激光La相对于反射/穿透层17的入射方向相同。这由于反射/穿透层17极薄,可忽视激光La在此层17的折射的故。再者,入射于第一棱镜面16a的各个发光元件7的激光La,朝向第二透镜面12侧而行进于棱镜16的内部的光程上。
此时,由于棱镜16形成为与充填材料18相同的折射率,故各个发光元件7的激光La入射于第一棱镜面16a时,各激光La不会产生折射。再者,行进于棱镜16的内部的光程上的各个发光元件7的激光La,垂直入射于第二棱镜面16b并且从第二棱镜面16b垂直射出于棱镜16的外部。
接着,从第二棱镜面16b射出的各个发光元件7的激光La,垂直入射于充填于第二棱镜面16b与第二光学面14b之间的充填材料18。该垂直入射的各个发光元件7的激光La,未折射而朝向第二透镜面12侧直线前进在充填材料18的内部的光程上。此时,由于充填材料18形成为与棱镜16相同的折射率,故第二棱镜面16b与充填材料18的界面中的菲涅耳反射受到抑制。
如此一来,行进在第二棱镜面16b与第二光学面14b之间的充填材料18内的各个发光元件7的激光La,即从充填材料18垂直射出,且的后就如前所述垂直入射于第二光学面14b。再者,垂直入射于第二光学面14b的各个发光元件7的激光La,在朝向各第二透镜面12侧行进在第二光学面14b以后的透镜阵列主体4的内部的光程上,然后藉由各第二透镜面12而朝向与该各第二透镜面12对应的各光纤5的端面分别射出。
另外,如图3所示,凹部14从上端面4c的面法线方向(图1中的上方)观看时,凹部14中的底面14e及所有侧面14a至14d形成为收敛在由凹部14中的开口部14f的外形所显示的范围以内的形状。换言的,凹部14形成为使朝向关于底面14e及所有侧面14a至14d的各者的上端面4c的面法线方向的投影面,收敛在由开口部14f的外形所显示的范围以内。这种凹部14的形状,成为可确保从金属模具离开的离模性。此点在上述的第二凹部63中也相同。
如上所述的凹部14、棱镜16、反射/穿透层17及充填材料18,构成了本发明中用以控制各个发光元件7的激光La的光控制部,使激光La分离为行进于第二透镜面12侧的穿透光与行进于第三透镜面13侧的反射光(监控光)。关于这种光控制部的构成及变形(variation),记载于由本申请人先前所申请的日本特愿2010-195737号的说明书及附图。
此外,如图1至图4及图6所示,在透镜阵列主体4的左端面4b上且为在相对于透镜形成面26a为第二透镜面12的排列方向的两外侧的位置,相对于左端面4b呈垂直地形成有作为透镜阵列侧的光纤定位构造的一对光纤定位用凸部27。这些一对光纤定位用凸部27形成为从左端面4b朝向光纤5侧突出的彼此相同尺寸的圆销状(圆柱形状)。
另一方面,以与这些一对光纤定位用凸部27对应的光纤5侧的构成而言,如图7所示,在光连接器10形成有作为光纤侧的光纤定位构造的一对光纤定位用凹部127。然而,在图7中,由于两光纤定位用凹部127在纸面垂直方向重叠,因此仅观看到纸面前方侧的一个光纤定位用凹部127。此等一对光纤定位用凹部127形成为满足按照上述的F12形多心光纤连接器的规格(IEC61754-5、JIS C5981)的尺寸精度的彼此相同尺寸的圆轮毂孔状。
如图7所示,在光纤定位用凹部127中,在将光纤5安装于透镜阵列2时,供对应的光纤定位用凸部27插入,藉此,得以进行将光纤5安装于透镜阵列2时的光纤5的定位。
再者,如图6所示,在透镜阵列主体4的下端面4a上且为在相对于透镜形成面23a为第一透镜面11及第三透镜面13的排列方向的两外侧位置,形成有作为透镜阵列侧的光电转换装置定位构造的一对器件定位用凹部24。此等一对器件定位用凹部24形成为彼此相同尺寸的圆轮毂孔状,并且其中心轴形成为相对于第一透镜面11中的光轴OA(1)呈平行。
另一方面,以与此等一对器件定位用凹部24对应的光电转换装置3侧的构成而言,如图7所示,在半导体基板6,形成有作为光电转换装置侧的光电转换装置定位构造的一对器件定位用凸部124。然而,在图7中,由于两器件定位用凸部124在纸面垂直方向中重叠,因此仅观看到纸面前方侧的一个器件定位用凸部124。这些一对器件定位用凸部124形成为相对于来自发光元件7的射出光的中心轴成平行的方向延伸的彼此相同尺寸的圆销状。
如图7所示,各器件定位用凸部124于将光电转换装置3安装于透镜阵列2时分别插入于对应的器件定位用凹部24,藉此,得以进行将光电转换装置3安装于透镜阵列2时的光电转换装置3的定位。
在此,如前所述,由于形成于光连接器10的光纤定位用凹部127形成为经规格化的尺寸,因此,光纤5的定位不需要对准作业,只要将光纤定位用凸部27插入于光纤定位用凹部127的机械性的作业,就可做出充分的定位精度。只要做出这种充分的定位精度,即使透镜阵列主体4因为温度变化而变形时,在光纤5侧对于透镜阵列2的安装位置也没问题。
相对于此,光电转换装置3的定位,由于器件定位用凸部124的规格未做规定,因此,以往仅以机械性的作业难以做出也足以对应于透镜阵列主体4的热变形的充分的定位精度。
然而,在本实施形态中,关于光电转换装置3的定位,也采取不需对准作业即可高精度地进行的手段。
即,本实施形态中的透镜阵列2与光电转换装置3及光纤5相互作用,且满足以下(1)所示的条件式。
a+b+d1+e+△L≦W1  (1)
然而,(1)式中的a是第一透镜面11的位置精度[μm],且为透镜阵列主体4在制造上的误差(尺寸误差)的一种(以下也相同)。该a的值,也可将例如从各第一透镜面11的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各第一透镜面11的光轴OA(1)正交的方向的变位量(误差)设为针对所有第一透镜面11所合计的值。另外,(1)式可谓显示出:第一透镜面11的个数越多,则各个第一透镜面11所要求的位置精度就有越高(误差越小)的倾向。在此,以各第一透镜面11的位置而言,可使用各第一透镜面11的中心点的位置即可。此外,各第一透镜面11的位置的基准点,也可取为在一个器件定位用凹部24的中心点。然而,a的值也可设为在朝与各第一透镜面11的光轴OA(1)正交的方向的变位量的合计值上,再进一步分别加上从各器件定位用凹部24的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各器件定位用凹部24的光轴OA(1)正交的方向的变位量而得的值。此时,作为器件定位用凹部24的位置,可使用器件定位用凹部24的中心点的位置。此外,这种情况下,将第一透镜面11及器件定位用凹部24的位置的基准点,设在器件定位用凹部24的中心点以外即可。以此基准点的例而言,可列举连结一对器件定位用凹部24的中心点彼此的假想线段的中点或此中点中与该假想线段正交的与透镜阵列主体4的下端面4a平行的假想直线上的一点(但不从下端面4a上脱离的点)。
此外,(1)式中的b是第二透镜面12的位置精度[μm],且为透镜阵列主体4在制造上的误差的一种(以下也相同)。此b的值也可例如设为将从各第二透镜面12的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各第二透镜面12的光轴OA(2)正交的方向的变位量,就所有第二透镜面12所合计而得的值。另外,(1)式可谓显示第二透镜面12的个数越多,则各个第二透镜面12所要求的位置精度就有越高(误差越小)的倾向。在此,以各第二透镜面12的位置而言,可使用各第二透镜面12的中心点的位置。此外,各第二透镜面12的位置的基准点,也可设在一个光纤定位用凸部27的中心点。然而,b的值也可设为在朝与各第二透镜面12的光轴OA(2)正交的方向的变位量的合计值上,再进一步分别加上从各光纤定位用凸部27的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各光纤定位用凸部27的光轴OA(2)正交的方向的变位量而得的值。此时,作为光纤定位用凸部27的位置,可使用光纤定位用凸部27的中心点的位置。此外,此情况下,可将第二透镜面12及光纤定位用凸部27的位置的基准点,设在光纤定位用凸部27的中心点以外。以此基准点的例而言,可列举链接一对光纤定位用凸部27的中心点彼此的假想线段的中点或此中点中与该假想线段正交的与透镜阵列主体4的左端面4b平行的假想直线上的一点(但不从左端面4b上脱离的点)。
再者,(1)式中的d1是光电转换装置3的发光元件7的位置精度[μm],且为光电转换装置3在制造上的误差的一种(以下也相同)。此d1的值,可设为例如将从各发光元件7的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各发光元件7的激光La的射出方向(即光轴OA(1)方向)正交的方向的变位量,就所有发光元件7所合计而得的值。另外,(1)式可谓显示发光元件7的个数越多,各个发光元件7所要求的位置精度就有越高(误差越小)的倾向。在此,以各发光元件7的位置而言,可使用各发光元件7的发光点的位置。此外,各发光元件7的位置的基准点,也可设在一个器件定位用凸部124的中心点。然而,d1的值也可设为在朝与上述的各发光元件7的激光La的射出方向正交的方向的变位量的合计值,再进一步分别加上从各器件定位用凸部124的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各器件定位用凸部124的激光La的射出方向正交的方向的变位量而得的值。此时,作为器件定位用凸部124的位置,可使用器件定位用凸部124的中心点的位置。此外,此时,可将发光元件7及器件定位用凸部124的位置的基准点,设在器件定位用凸部124的中心点以外。以此基准点的例而言,可列举连结一对器件定位用凸部124的中心点彼此的假想线段的中点或此中点中与该假想线段正交的与半导体基板6的元件形成面平行的假想直线上的一点(但不从元件形成面上脱离的点)。
再者,(1)式中的e是光纤5的位置精度[μm],且为光连接器10在制造上(组装上)的误差(以下也相同)。此e的值也可例如设为将从各光纤5的端面5a的理想的配置位置(设计上的位置)朝与各光纤5的端面5a的光纤轴方向(即光轴OA(2)方向)正交的方向的变位量,就所有光纤5所合计而得的值。另外,(1)式可谓显示光纤5的条数越多,则各个光纤5所要求的位置精度就有越高(误差越小)的倾向。在此,以各光纤5的端面5a的位置而言,可使用各光纤5的端面5a的中心点。此外,各光纤5的位置的基准点,也可设在一个光纤定位用凹部127的中心点。然而,e的值也可设为在朝与各光纤5的端面5a的光纤轴方向正交的方向的变位量的合计值上,再进一步分别加上从各光纤定位用凹部127的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各光纤定位用凹部127的光纤轴方向正交的方向的变位量而得的值。此时,作为光纤定位用凹部127的位置,可使用光纤定位用凹部127的中心点的位置。此外,此时,可将光纤5的端面5a及光纤定位用凹部127的位置的基准点,设在光纤定位用凹部127的中心点以外。以此基准点的例而言,可列举链接一对光纤定位用凹部127的中心点彼此的假想线段的中点或此中点中与该假想线段正交的与光连接器10的端面平行的假想直线上的一点(但不从光连接器10的端面上脱离的点)。
此外,(1)式中的△L,是透镜位置因为下式所表示的温度变化所产生的变化量[μm](以下也相同)。
△L=α×△T×L(1a)
然而,(1a)式中的α是透镜阵列主体的线膨胀系数[1/℃]。此外,(1a)式中的△T是透镜阵列主体4的温度变化[℃]。
再者,(1a)式中的L是透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置、与距该固定位置最远的下端面4a上的透镜面(即第一透镜面11或第三透镜面13)的位置的设计上的距离[mn]。另外,以固定位置而言,以可使用可视为安装有光电转换装置3的透镜阵列主体4因为温度变化而变形时的变形的中心的位置为理想。
例如,半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形(线膨胀系数较小)时,也可使用连结一对器件定位用凹部24的中心点彼此的假想线段的中点的位置作为固定位置。此时,以(1a)式中的L而言,也可使用固定位置、与距该固定位置最远的下端面4a上的透镜面11(13)的中心点或周端部上的一点(具固定位置最远的点)的距离。在此,图8显示这种情形的固定位置P及与其对应的l。在图8中,距固定位置P最远的下端面4a上的透镜面11(13),成为多个第三透镜面13中的排列方向中最外侧的第三透镜面13。再者,此最外侧的第三透镜面13的周端部上的距固定位置P最远的一点与固定位置P之间的距离成为L。另外,图8中的阴影(hatching)部显示:在半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时满足(1)式的与△L对应的范围。此范围的外形线呈现以固定位置P为中心的半径L+△L的圆形,此点与视为透镜阵列主体4以固定位置P为中心而变形的点对应。可明了在此范围内收容有所有的透镜面11(13)。
另一方面,在半导体基板6较透镜阵列主体4更易于变形(线膨胀系数较大)时,也可使用一对器件定位用凹部24的各者的中心点的位置作为固定位置(2个固定位置)。此时,以(1a)式中的L而言,也可使用一个固定位置与距该一个固定位置最远的下端面4a上的透镜面11(13)的中心点或周端部上的一点(距一个固定位置最远的点)的距离、及另一个固定位置与距该另一个固定位置最远的下端面4a上的透镜面11(13)的中心点或周端部上的一点(距另一个固定位置最远的点)的距离中任一较大的一方。在此,图9中显示这种情形的2个固定位置P1、P2及与其对应的L。另外,在图9中,距一个固定位置P1最远的下端面4a上的透镜面11(13),成为多个第三透镜面13中的排列方向一端侧的第三透镜面13a,而距另一个固定位置P2最远的下端面4a上的透镜面11(13)则成为多个第三透镜面13中的整列方向另一端侧的第三透镜面13b。在图9中,一个固定位置P1、与距排列方向一端侧的第三透镜面13a的周端部上的一个固定位置P1最远的一点之间的距离,与另一个固定位置P2、与距排列方向另一端侧的第三透镜面13b的周端部上的另一个固定位置P2最远的一点之间的距离一致。因此,在图9中,P1-13a间的距离及P2-13b间的距离的双方均为L。另外,图9中的阴影部,显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的满足(1)式的与△L对应的范围。此范围的外形线呈现由以一个固定位置P1为中心的半径L+△L的圆弧、与以另一个固定位置P2为中心的半径L+△L的圆弧所包围的形状,此点与视为透镜阵列主体4以两个固定位置P1、P2为中心而变形的点对应。可明了在此范围内收容有所有的透镜面11(13)。
最后,(1)式中的W1是第一公差[μm](以下也相同)。在此,所谓第一公差指假设使光电转换装置3沿着第一透镜面11中与光轴OA(1)正交的方向,从安装至其发光元件7与光纤5的端面5a的光耦合效率显示预先设定的最大效率的透镜阵列主体4的安装位置,移动至显示相对于最大效率为相当于2dB的光耦合效率的降低的安装位置时的移动前的安装位置与移动后的安装位置之间的距离(安装位置余隙宽度)。
再者,藉由满足该(1)式,于将光电转换装置3安装于透镜阵列主体4时,不再需要发光元件7的激光La的射出方向(即光轴OA(1)方向)及与其正交的方向的任一方向的对准,只要将器件定位用凸部124插入于器件定位用凹部24的机械性作业,就可易于进行在发光元件7与光纤5的端面5a间不管温度上升均可获得充分的光耦合效率的高精度的光电转换装置3的定位。具体而言,即使透镜阵列主体4因为温度上升而变形时,也可将发光元件7与光纤5的端面5a之间的光耦合效率在设计上的误差抑制在2dB以内。
在制造满足此(1)式的透镜阵列2的情形下,例如,首先假定无尺寸误差及安装误差的理想上(即设计上的)的透镜阵列、光电转换装置及光纤。接着,就该假定的理想上的光学系统,在假设使光电转换装置从与发光元件-光纤端面间的最大耦合效率对应的理想上的安装位置移动至朝与激光La的射出方向正交的方向移动时,进行发光元件-光纤端面间的光耦合效率的模拟。然后,设定(1)式的左边的各值,以满足从该模拟的结果所获得的第一公差W1。再者,制造透镜阵列2以满足所设定的各值。在此,(1)式中与透镜阵列2的尺寸直接有关者虽为a、b及△L的各值,但此等各值只要反映为使透镜阵列主体4成形的金属模具的尺寸精度(就a、b而言)、尺寸(就L而言)及树脂材料的种类(就α而言)即可。然而,a、b及△L5的各值,是经考虑与光电转换装置3的发光元件7有关的d1的值及与光纤5有关的e的值者,此自不待言。另外,关于e的值,只要满足按照上述F12形多心光纤连接器的规格(IEC61754-5、JIS C5981)的尺寸精度即可。
除上述构成外,在本实施形态中,透镜阵列2还与光电转换装置3及光纤5相互作用,以满足以下(2)所示的条件式。a+c+d1+d2+△L≦W2   (2)
然而,(2)式中的c是第三透镜面13的位置精度[μm],且为透镜阵列主体4的制造上的误差的一种(以下也相同)。此c的值,可设为例如将从各第三透镜面13的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各第三透镜面13的光轴OA(3)正交的方向的变位量,就所有第三透镜面13所合计而得的值。另外,(2)式可谓显示:第三透镜面13的个数越多,各个第三透镜面13所要求的位置精度就有越高(误差越小)的倾向。在此,以各第三透镜面13的位置而言,可使用各第三透镜面13的中心点的位置。此外,各第三透镜面13的位置的基准点,也可设在一个器件定位用凹部24的中心点。然而,c的值也可设为在朝与上述的各第三透镜面13的光轴OA(3)正交的方向的变位量的合计值上,再进一步分别加上从各器件定位用凹部24的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各器件定位用凹部24的光轴OA(3)正交的方向的变位量而得的值。此时,作为器件定位用凹部24的位置,可使用器件定位用凹部24的中心点的位置。此外,此时,可将第三透镜面13及器件定位用凹部24的位置的基准点,设在器件定位用凹部24的中心点以外。以此基准点的例而言,可列举连结一对器件定位用凹部24的中心点彼此的假想线段的中点或此中点中与该假想线段正交的与透镜阵列主体4的下端面4a平行的假想直线上的一点(但不从下端面4a上脱离的点)。
此外,(2)式中的d2是光电转换装置3的受光元件8的位置精度[μm],且为光电转换装置3在制造上的误差的一种(以下也相同)。此d2的值,可设为例如将从各受光元件8的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各受光元件8的监控光M的入射方向(即光轴OA(3)方向)正交的方向的变位量,就所有受光元件8所合计而得的值。另外,(2)式可谓显示:发光元件8的个数越多,各个受光元件8所要求的位置精度就有越高(误差越小)的倾向。在此,以各受光元件8的位置而言,可使用各受光元件8的受光面的中心位置。此外,各受光元件8的位置的基准点,也可设在一个器件定位用凸部124的中心点。然而,d2的值也可设为在朝与上述的各受光元件8的监控光M的入射方向正交的方向的变位量的合计值上,再进一步分别加上从各器件定位用凸部124的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各器件定位用凸部124的监控光M的入射方向正交的方向的变位量而得的值。此时,作为器件定位用凸部124的位置,可使用器件定位用凸部124的中心点的位置。此外,此时,可将受光元件8及器件定位用凸部124的位置的基准点,设在器件定位用凸部124的中心点以外。以此基准点的例而言,可列举连结一对器件定位用凸部124的中心点彼此的假想线段的中点或此中点中与该假想线段正交的与半导体基板6的元件形成面平行的假想直线上的一点(但不从元件形成面上脱离的点)。
再者,(2)式中的W2是第二公差[μm](以下也相同)。在此,所谓第二公差指假设使光电转换装置3沿着第一透镜面11中与光轴OA(1)正交的方向,从安装至其发光元件7与受光元件8的光耦合效率显示预先设定的最大效率的透镜阵列主体4的安装位置,移动至显示相对于最大效率为相当于2dB的光耦合效率的降低的安装位置时的移动前的安装位置与移动后的安装位置之间的距离(安装位置余隙宽度)。
其他(2)式的各参数a、d1、△L的意义,如(1)式的说明中所述者。
再者,藉由满足该(2)式,于将光电转换装置3安装于透镜阵列主体4时,只要将器件定位用凸部124插入于器件定位用凹部24的机械性作业,就可在发光元件7与受光元件8之间易于进行不管温度上升均可获得充分的光耦合效率的高精度的光电转换装置3的定位。
在制造满足此(2)式的透镜阵列2的情形下,例如,首先假定尺寸误差及安装误差都不存在的理想上(即设计上的)的透镜阵列及光电转换装置。接着,就该假定的理想上的光学系统而言,在假设使光电转换装置从与发光元件-受光元件间的最大耦合效率对应的理想上的安装位置移动至朝与激光La的射出方向正交的方向移动时,进行发光元件-受光元件间的光耦合效率的模拟。然后,设定(2)式的左边的各值,以满足从该模拟的结果所获得的第二公差W2。再者,制造透镜阵列2以满足所设定的各值。在此,(2)式之中,除(1)式的参数以外,与透镜阵列2的尺寸直接有关者虽是c的值,但该值只要反映为使透镜阵列主体4成形的金属模具的尺寸精度即可。
[实施例]
以下参照图10及图11来说明本发明的实施例。
图10是显示使用在作为光电转换装置3的附带监视器PD的VCSEL中的发光部(发光元件)与直径50μm的多模方式的光纤5的端面5a之间的设计上的透镜阵列2的光耦合效率的模拟结果,作为用以求出第一公差W1的具体的模拟结果。
图10中的纵轴是将VCSEL-光纤间的光耦合效率显示为耦合损失(loss)[dB]者,此外,图10中的横轴是显示假定使VCSEL从安装至光耦合效率显示预先设定的设计上的最大效率的透镜阵列2的安装位置(横轴的原点),沿着第一透镜面11中的与光轴OA(1)正交的方向移动时的从原点的移动宽度[μm]者。另外,此仿真时的光纤5的位置,假定为相对于透镜阵列2不存在安装误差的设计上的(理想的)安装位置。
在图10中,在将第一透镜面11中的光轴OA(1)的轴方向假定为Z轴方向时,使VCSEL朝与Z轴方向正交而且与发光部的排列方向平行的X轴方向(参照图6)、及与Z轴方向及X轴方向的双方正交的Y轴方向(参照图6)移动。然而,不限定于这种X轴方向及Y轴方向的移动,只要VCSEL的移动为朝与Z轴方向正交的方向进行,则可获得与图10相同的模拟结果。
在此模拟结果中,预先设定的最大效率是自光耦合效率100%开始的耦合损失为约2dB的效率。再者,光耦合效率自最大效率下降相当于耦合损失为2dB的效率时的横轴的宽度是19μm,而该宽度即成为第一公差W1。
因此,例如只要设为a=3μm、b=4μm、d1=2μm、e=5μm、△L=3μm,则可实现满足与图10对应的(1)式的透镜阵列2、VCSEL及光纤5。另外,此时,△L的详细内容也可设为α=5.6×10-5[1/℃]、△T=24℃、L(与图8对应的)=2.230mm。
此外,除此以外,例如在设为a=2μm、b=1μm、d1=1μm、e=2μm、△L=11μm(α=5.6×10-5[1/℃]、△T=88℃、L(与图8对应的L)=2.230mm)时,也可实现满足与图10对应的(1)式的透镜阵列2、VCSEL及光纤5。
再者,除此等以外,例如在设为a=1μm、b=2μm、d1=1μm、e=1μm、△L=12μm(α=5.6×10-5[1/℃]、△T=96℃、L(与图8对应的L)=2.230mm)时,也可实现满足与图10对应的(1)式的透镜阵列2、VCSEL及光纤5。
接着,图11是显示使用在作为光电转换装置3的附带监视器PD的VCSEL中的发光部(发光元件)与监视器PD的受光部(受光元件)之间的设计上的透镜阵列2的光耦合效率的模拟结果,作为用以求出第二公差W2的具体的模拟结果。
图11中的纵轴及横轴与图10相同。另外,此仿真时的监视器PD的位置,假设在形成于VCSEL上的无尺寸误差的设计上(理想的)形成位置的状态下,与VCSEL一体地移动。
在图11中,与图10相同,使VCSEL朝X轴方向与Y轴方向移动。然而,不限定于这种X轴方向及Y轴方向的移动,只要VCSEL的移动为朝与Z轴方向正交的方向进行,则可获得与图11相同的模拟结果。
在此模拟结果中,预先设定的最大效率是自光耦合效率100%开始的耦合损失为约11dB的效率。再者,光耦合效率自最大效率下降相当于2dB的效率时的横轴的宽度是19μm,而该宽度即成为第二公差W2。
因此,例如只要设为a=3μm、c=4μm、d1=2μm、d2=2μm、△L=3μm(α=5.6×10-5[1/℃]、△T=24℃、L(与图8对应的)=2.230mm),即可实现满足与图11对应的(2)式的透镜阵列2及VCSEL。
此外,除此以外,例如在设为a=2μm、c=1μm、d1=1μm、d2=1μm、△L=11μm(α=5.6×10-5[1/℃]、△T=88℃、L(与图8对应的L)=2.230mm)时,也可实现满足与图11对应的(2)式的透镜阵列2及VCSEL。
再者,除此等以外,例如在设为a=1μm、c=2μm、d1=1μm、d2=1μm、△L=12μm(α=5.6×10-5[1/℃]、△T=96℃、L(与图8对应的L)=2.230mm)时,也可实现满足与图11对应的(2)式的透镜阵列2及VCSEL。
(变形例)
在以上所述的构成以外,于本实施形态中,也可考虑与设计概念对应的各种变形例。
例如,如图12所示,也可将一对器件定位用凹部24的位置,较图6所示的位置更往第一透镜面11侧偏移。图13是显示在这种情形下,与满足半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的(1)式的△L所对应的范围,图14分别显示满足半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的(1)式的△L所对应的范围。
此外,器件定位用凹部24从与透镜阵列主体4的机械强度或视需要应形成于透镜阵列主体4的其他形状等的关系来看若无问题,则也可将其从有底孔设计变更为贯通孔。此外,关于光纤定位用凹部127,只要不脱离上述的规格,则也可将其从有底孔变更为贯通孔。再者,光电转换装置3侧的光电转换装置定位构造(凸部)、与透镜阵列2侧的光电转换装置定位构造(凹部)也可使该凹凸的关系相反。再者,关于光纤5侧的光纤定位构造(凹部)及透镜阵列2侧的光纤定位构造(凸部),也可使其凹凸的关系相反。
再者,以光控制部而言,除图1所示的构成以外,也可适当采用上述的日本特愿2010-195737号所公开的变形。例如,如图15所示,在构成为第二棱镜面16b与第二光学面14b接触时,也可确保适当的光程。此外,例如,如图16所示,也可构成为将第一光学面14a形成为相对于第一棱镜面16a呈平行而且接近的倾斜面,且使反射/穿透层17介设在这些第一光学面14a与第一棱镜面16a之间。此时,藉由将透镜阵列主体4与棱镜16形成为相同折射率,可确保适当的光程。
再者,例如,如图17或图18所示,也可采用与双方向通信对应的构成。
即,首先,在图17的构成中,光电转换装置3位在面对半导体基板6中的透镜阵列22的面且在图17的相对于受光元件8的左右附近位置,具备有多个第二受光元件47。这些多个第二受光元件47沿着与受光元件8的排列方向相同方向,以与受光元件8相同数量且相同间距而形成。各第二受光元件47也可为光检测器。此外,如图17所示,在透镜阵列主体4的下端面4a(透镜形成面23a)中的面对各第二受光元件47的位置,形成有设为彼此相同尺寸的平面圆形的多个第四透镜面48。这些多个第四透镜面48沿着与第二受光元件47的排列方向相同方向,以与第二受光元件47相同数量且相同间距而形成。再者,如图17所示,在光连接器10中的光纤5的附近(图17的下方附近),并排配置有接收专用的第二光纤58。第二光纤58沿着与光纤5的排列方向相同方向,以与光纤5相同间距而排列相同数量(12条)。此外,第二光纤58的条数,设为与第二受光元件47及第四透镜面48相同的数量。再者,从这些多个第二光纤58中的面对透镜阵列22的各端面58a,朝向透镜阵列22而射出有激光LR。此激光LR相当于接收用的光信号。再者,如图17所示,在透镜阵列主体4的左端面4b中相对于各第二透镜面12在与这些排列方向正交的方向(第17图的下方向)相邻的位置,且为面对各第二光纤58的端面58a的位置,形成有与供从各第二光纤58射出的激光LR入射的第二光纤58相同数量的第五透镜面60。这些多个第五透镜面60形成为彼此相同尺寸的平面圆形状,并且沿着第二透镜面12的排列方向以与第二透镜面12相同间距排列而形成。另外,第五透镜面60也可为与第二透镜面相同尺寸。再者,如图17所示,在透镜阵列主体4的上端面4c中相对于凹部14的左侧的位置,以在链接第一透镜面11与第二透镜面12的光程上且位于较凹部14更左侧的方式而凹入形成有第三凹部61。在此,如图17所示,第三凹部61具有构成其内面的一部分(第三凹部61在图17中的右侧面)的第三光学面61a,而此第三光学面61a形成为相对于透镜阵列主体4的左端面4b呈平行。在这种第三光学面61a中,如图17所示,供入射于凹部14的第二光学面14b的后朝向第二透镜面12侧行进的各个发光元件7的激光LT从图17的右方垂直入射。此外,如图17所示,第三凹部61具有构成其内面的一部分且为相对于第三光学面61a在图17的左方相对向的部位(第三凹部61在图17中的左侧面)的第四光学面61b,而此第四光学面61b形成为相对于左端面4b呈平行。在这种第四光学面61b中,如图17所示,供入射于第三光学面61a的后朝向第二透镜面12侧行进的各个发光元件7的激光LT从图17的右方垂直入射。再者,如图17所示,第三凹部61具有构成其内面的一部分,即构成第三凹部61在图17中的底面的中央部的第二全反射面61c。此第二全反射面61c形成为其上端部较其下端部更位于图17的左侧的倾斜面。另外,第三凹部61的底面中的第二全反射面61c以外的部位,平行形成于透镜阵列主体4的上端面4c。第二全反射面61c也可形成为与上述的全反射面4d呈平行。在这种第二全反射面61c中,供入射于各第五透镜面60的各个第二光纤58的激光LR,以从图17中的左方起临界角以上的入射角入射。再者,第二全反射面61c使所入射的各个第二光纤58的激光LR,朝向各第四透镜面48侧(图17中的下方)全反射。依据这种构成,即可使从各第二光纤58射出的激光LR,经过各第五透镜面60、第二全反射面61c及第四透镜面48而与各第二受光元件47耦合,因此可有效地对应于光信号的接收。尤其是图17的构成最适于应用在最近提出的按照CXP规格的120Gbps的光通信(参照2009年9月Annex A6、InfiniBand结构(architecture)规格Vol.2Release1.2.1)。此外,在图17的构成中,如前所述,由于第三光学面61a及第四光学面61b中任一者均供激光LT垂直入射,因此,以称为用以将第二全反射面61c形成为不会增加零件数量且可确保离模性的形状而成为有效的要素的第三凹部61而言,不会有使激光LT折射而变更行进方向的情形。因此,可确实地兼具光信号的传送及接收的双方。另外,较佳为将第四透镜面48上的光轴OA(4)垂直形成于下端面4a,且将第五透镜面60上的光轴OA(5)垂直形成于左端面4b。
再者,在这种图17的构成中,除(1)及(2)的各条件式以外,更进一步也可构成为满足以下(3)的条件式。
f+g+d3+e2+△L≦W3   (3)
然而,(3)式中的f是第四透镜面48的位置精度[μm],且为透镜阵列主体4在制造上的误差(尺寸误差)的一种(以下也相同)。此f的值也可设为例如将从各第四透镜面48的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各第四透镜面48的光轴OA(4)正交的方向的变位量(误差),就所有第四透镜面48所合计而得的值。在此,以各第四透镜面48的位置而言,可使用各第四透镜面48的中心点的位置即可。此外,各第四透镜面48的位置的基准点,也可设在一个器件定位用凹部24的中心点。然而,f的值也可设为在朝与上述的各第四透镜面48的光轴OA(4)正交的方向的变位量的合计值上,再进一步分别加上从各器件定位用凹部24的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各器件定位用凹部24的光轴OA(4)正交的方向的变位量而得的值。此时,作为器件定位用凹部24的位置,可使用器件定位用凹部24的中心点的位置。此外,此时,可将第四透镜面48及器件定位用凹部24的位置的基准点,取在器件定位用凹部24的中心点以外。以此基准点的例而言,可列举连结一对器件定位用凹部24的中心点彼此的假想线段的中点或此中点中与该假想线段正交的与透镜阵列主体4的下端面4a平行的假想直线上的一点(但不从下端面4a上脱离的点)。
此外,(3)式中的g是第五透镜面60的位置精度[μm],且为透镜阵列主体4在制造上的误差的一种(以下也相同)。此g的值也可例如设为将从各第五透镜面60的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各第五透镜面60的光轴OA(5)正交的方向的变位量,就所有第五透镜面60所合计而得的值。在此,以各第五透镜面60的位置而言,可使用各第五透镜面60的中心点的位置即可。此外,各第五透镜面60的位置的基准点,也可设在一个光纤定位用凸部27的中心点。然而,g的值也可设为在朝与上述的各第五透镜面60的光轴OA(5)正交的方向的变位量的合计值,再进一步分别加上从各光纤定位用凸部27的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各光纤定位用凸部27的光轴OA(5)正交的方向的变位量而得的值。此时,作为光纤定位用凸部27的位置,可使用光纤定位用凸部27的中心点的位置即可。此外,此时,可将第五透镜面60及光纤定位用凸部27的位置的基准点,设在光纤定位用凸部27的中心点以外即可。以此基准点的例而言,可列举链接一对光纤定位用凸部27的中心点彼此的假想线段的中点或此中点中与该假想线段正交的与透镜阵列主体4的左端面4b平行的假想直线上的一点(但不从左端面4b上脱离的点)。
再者,(3)式中的d3是光电转换装置3的第二受光元件47的位置精度[μm],且为光电转换装置3在制造上的误差的一种(以下也相同)。此d3的值,可设为例如将从各第二受光元件47的理想的形成位置(设计上的位置)朝与各第二受光元件47的激光LR的入射方向(即光轴OA(4)方向)正交的方向的变位量,就所有第二受光元件47所合计而得的值。在此,以各第二受光元件47的位置而言,可使用各第二受光元件47的受光面的中心位置即可。此外,各第二受光元件47的位置的基准点,也可取在一个器件定位用凸部124的中心点。然而,d3的值也可设为在朝与上述的各第二受光元件47的接收用的激光LR的入射方向正交的方向的变位量的合计值上,再进一步分别加上从各器件定位用凸部124的理想的形成位置(设计上的位置)朝与激光LR的入射方向正交的方向的变位量而得的值。此时,作为器件定位用凸部124的位置,可使用器件定位用凸部124的中心点的位置。此外,此时,可将第二受光元件47及器件定位用凸部124的位置的基准点,设在器件定位用凸部124的中心点以外。以此基准点的例而言,可列举连结一对器件定位用凸部124的中心点彼此的假想线段的中点或此中点中与该假想线段正交的与半导体基板6的元件形成面平行的假想直线上的一点(但不从元件形成面上脱离的点)。
再者,(3)式中的e2是第二光纤58的位置精度[μm],且为光连接器10在制造上(组装上)的误差(以下也相同)。此e2的意义相当于将(1)及(2)式中的e的意义的说明中所使用的“光纤5”的语置换为“第二光纤58”。
此外,(3)式中的W3是第三公差[μm](以下也相同)。在此,所谓第三公差指假设使光电转换装置3沿着第四透镜面48中与光轴OA(4)正交的方向,从安装至其第二光纤58的端面58a与第二受光元件47的光耦合效率显示预先设定的最大效率的透镜阵列主体4的安装位置,移动至显示相对于最大效率相当于2dB的光耦合效率的降低的安装位置时的移动前的安装位置与移动后的安装位置之间的距离(安装位置余隙宽度)。
另外,(3)式的△L的意义,如(1)式的说明中所述。然而,△L中的L也有成为由下端面4a上的固定位置、距该固定位置最远的第四透镜面48的距离的情形。
再者,藉由满足该(3)式,于将光电转换装置3安装于透镜阵列主体4时,只要将器件定位用凸部124插入于器件定位用凹部24的机械性作业,就可易于进行在第二光纤58的端面58a与第二受光元件47之间不管温度上升均可获得充分的光耦合效率的高精度的光电转换装置3的定位。
接着,图18的构成在光电转换装置3具备有第二受光元件47,并且在透镜阵列主体4形成有第四透镜面48的点,与图17的构成相同。然而,在图18的构成中,与图17的构成不同,并未设有第二光纤58及第五透镜面60,而藉由光纤5及第二透镜面12进行传送接收的双方来形成。即,在图18的构成中,从各光纤5的端面5a,朝向透镜阵列2射出彼此相同波长的激光(相当于上述的接收用的激光LR的激光),而从该等各光纤5射出的激光,设为与各个发光元件7的激光La不同波长的激光。以更具体的手段而言,例如,可设为在光纤5中与面对透镜阵列2的端面5a相反侧的端面上,配置与光纤5相同数量的未图示的多个发光元件,而使从该等发光元件射出的光分别入射于对应的光纤5。再者,以此方式从各光纤5射出的激光,分别输入于与各光纤5对应的各第二透镜面12。此外,如图18所示,在第二棱镜面16b上,配置有第二反射/穿透层50。在此第二反射/穿透层50中,供从入射于各第二透镜面12的各光纤5射出的激光分别入射。再者,第二反射/穿透层50使这些入射的激光,以预定反射率反射至各第四透镜面48侧,并且以预定穿透率穿透。依据这种构成,即可将从各光纤5射出的激光,经过各第二透镜面12、第二反射/穿透层50及各第四透镜面48而耦合于第二受光元件47,因此可有效对应双方向的光通信。另外,也可藉由与反射/穿透层17相同的材质及方法来形成第二反射/穿透层50。
再者,在这种图18的构成中,除(1)及(2)的各条件式以外,更也可构成为满足以下的(4)的条件式。
f+b+d3+e+△L≦W3   (4)
(4)式的各参数的意义如前所述。藉由满足该(4)式,于将光电转换装置3安装于透镜阵列主体4时,只要将器件定位用凸部124插入于器件定位用凹部24的机械性作业,就可易于进行在光纤58的端面5a与第二受光元件47之间不管温度上升均可获得充分的光耦合效率的高精度的光电转换装置3的定位。
(第二实施形态)
接着,以与第一实施形态的差异为中心,参照图19至图87来说明本发明的透镜阵列及具备它的光学模块的第二实施形态。
另外,关于基本构成与第一实施形态相同或与其类似的处,使用相同符号来说明。
图19是本实施形态的透镜阵列2的主视图。此外,图20是图19的俯视图。再者,图21是图19的下面图。另外,图19的左侧面图与图4相同。
本实施形态的透镜阵列2虽未图标,但与第一实施形态相同,在安装有光电转换装置3及光纤5的状态下,使用在光电转换装置3与光纤5的光学性的耦合。
然而,如图19至图21所示,本实施形态的透镜阵列2,与第一实施形态不同,不具有器件定位用凹部24,此外,随此,未图标的光电转换装置3也不具有用于插入于器件定位用凹部24的器件定位用凸部124。
因此,在本实施形态中,在将光电转换装置3安装于透镜阵列2时,并未进行使用器件定位用凹部24及器件定位用凸部124的机械性的定位。
取而代之,在本实施形态中,在藉由作为对准作业的公知的主动对准进行光学性的对准的后,将光电转换装置3安装于透镜阵列2。在此,在主动对准中,实际使激光La射出至光电转换装置3的各个发光元件7,且就该射出的激光La一方面观察其耦合于光纤5的端面5a的耦合状态(光强度)与耦合于受光元件8的作为监控光M的耦合状态,一方面求出光电转换装置3的最佳对准点(即,安装位置)。另一方面,关于光纤5在安装时的定位,与第一实施形态相同,藉由使用光纤定位用凸部27及光纤定位用凹部127的机械性定位来进行。
此外,如图19至图21所示,本实施形态的透镜阵列2在透镜阵列主体4的下端面4a上且为相对于透镜形成面23a为第一透镜面11的排列方向中的两外侧位置上,具有成为用以将透镜阵列2与光电转换装置3粘接的粘接剂的配置位置(滞留位置)的一对粘接滞留部30。各粘接滞留部30形成为将透镜阵列主体4的前端面4f及后端面4g分别做出U字形缺口的曲面状。此外,各粘接滞留部30形成为从透镜阵列主体4的下端面4a到达上端面4c。再者,如图20及图21所示,各粘接滞留部30在该些图中,藉由使一个粘接滞留部30的上下反转而形成为与另一个粘接滞留部30完全重叠的彼此线对称(相同尺寸)的形状。再者,在本实施形态中,在藉由主动对准进行光电转换装置3的对准的后,将粘接剂注入(配置)于粘接滞留部30使的硬化,以该粘接剂的粘接力而将光电转换装置3固定(安装)于透镜阵列2。另外,以粘接剂而言,例如,可使用公知的热硬化树脂或紫外线硬化树脂等。
再者,即使在本实施形态中,也与第一实施形态相同,透镜阵列2与光电转换装置3及光纤5相互作用,且满足(1)及(2)式。
然而,如前所述,在本实施形态中,由于在透镜阵列2并未形成器件定位用凹部24,因此无法使用与第一实施形态相同的器件定位用凹部24的中心点,以作为规定(1)及(2)式的a的值时的各第一透镜面11的位置的基准点以及规定(2)式的c的值时的各第三透镜面13的位置的基准点。取而代的,在本实施形态中,则可使用粘接滞留部30的形状中心点,以作为各第一透镜面11的位置的基准点及各第三透镜面13的位置的基准点。此时,以形状中心点而言,也可使用粘接滞留部30中的圆弧部分的曲率中心。另外,在第一实施形态中,虽已叙述了在a及c的各值的计算中也可使用器件定位用凹部24的从理想的形成位置的变位量,但在本实施形态中,取而代的,可使用从粘接滞留部30的理想的形成位置朝与光轴OA(1)、OA(3)正交的方向的变位量。
此外,如前所述,在本实施形态中,由于在光电转换装置3未形成有器件定位用凸部124,因此无法使用与第一实施形态相同的器件定位用凸部124的中心点,以作为规定(1)及(2)式的d1的值时的各发光元件7的位置的基准点以及规定(2)式的d2的值时的各受光元件8的位置的基准点。取而代的,在本实施形态中,例如可使用半导体基板6中的发光/受光元件配置面的几何学上的重心点(即,中心点),以作为各发光元件7的位置的基准点及各受光元件8的位置的基准点。
再者,以作为规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置而言,在半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形(线膨胀系数较小)时,也可使用连结各粘接滞留部30的形状中心点彼此的假想线段的中点的位置。图22分别显示这种情形下的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部)。该图22是与第一实施形态的图8及图13对应者。
另一方面,半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形(线膨胀系数较大)的情形下,也可使用各粘接滞留部30的各个的形状中心点的位置以作为固定位置(2个固定位置)。图23分别显示这种情形下的2个固定位置P1、P2、及与满足与该固定位置P1、P2对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部)。该图23是与第一实施形态的图9及图14对应者。
在本实施形态中,与第一实施形态不同,虽需要主动对准,但藉由满足(1)及(2)式,即可进行在发光元件7与光纤5的端面5a之间不管温度上升均可获得充分的光耦合效率并且在发光元件7与受光元件8之间均可获得充分的光耦合效率的高精度的光电转换装置3的定位。
此外,在本实施形态中,由于可藉由主动对准来做出高的位置精度,因此可将(1)及(2)式中的a及d1的各值以及(2)式中的c及d2的各值设为非常小,且可设为几乎为0。因此,在本实施形态中,可将(1)式中的b及e的各值设为较第一实施形态还大,换言之,可将光纤5侧的位置精度放宽。
另外,在本实施形态中,上述的构成以外的构成与第一实施形态相同,此外,第一实施形态中所述的各变形例,也可应用在本实施形态。再者,以本实施形态所特有的变形例而言,可列举以下的第一至第十四的各变形例。
(第一变形例)
图24是显示透镜阵列2的第一变形例的俯视图。此外,图25是图24所示的透镜阵列2的下面图。再者,图26是图24所示的透镜阵列2的右侧面图。
如图24至图26所示,本变形例中的透镜阵列2相对于图19至图21所示的构成,只有粘接滞留部30的形成位置不同。
即,在本变形例中,一对粘接滞留部30在第一透镜面11的排列方向隔开间隔形成于透镜阵列主体4的右端面4e。具体而言,如图25所示,透镜阵列主体4的前端面4f侧的一个粘接滞留部30,形成于透镜形成面23a的前端部的附近位置,而透镜阵列主体4的后端面4g侧的另一个粘接滞留部30,形成于透镜形成面23a的后端部的附近位置。
在此,图27分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。然而,图27中的固定位置P与图22的情形不同,取在透镜形成面23a的重心点。
另一方面,图28分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的2个固定位置P1、P2、及与满足与该固定位置P1、P2对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图28中的固定位置P1、P2与图23的情形相同,取在各粘接滞留部30的形状中心点。此外,可明了与图28所示的△L对应的范围,形状虽与图23的情形不同,但与图23的情形相同,是包含所有第一透镜面11及第三透镜面13的范围。
即使在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第二变形例)
图29是显示透镜阵列2的第二变形例的俯视图。此外,图30是图29所示的透镜阵列2的下面图。再者,图31是图29所示的透镜阵列2的右侧面图。
如图29至图31所示,本变形例中的透镜阵列2相当于除图19至图21所示的构成外,更进一步在透镜阵列主体4的右端面4e中的第一透镜面11的排列方向的中心位置,形成有第三个粘接滞留部30。
在此,图32分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图32中的固定位置P与图22的情形相同,取在连结形成于透镜阵列主体4的前端面4f及后端面4g的一对粘接滞留部30的形状中心点彼此的假想线段的中点。
另一方面,图33分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的3个固定位置P1、P2、P3、及与满足与该固定位置P1、P2、P3对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图33中的固定位置P1、P2、P3与图23的情形相同,取在各粘接滞留部30的形状中心点。此外,可明了与图33所示的△L对应的范围,形状虽与图23的情形不同,但与图23的情形相同,是包含所有第一透镜面11及第三透镜面13的范围。另外,如此,以固定位置为3个时的(1a)式的L而言,可使用第一固定位置P1与距其最远的下端面4a上的透镜面13的中心点或周端部上的一点(距P1最远的点)的距离、及第二固定位置P2与距其最远的下端面4a上的透镜面13的中心点或周端部上的一点(距P2最远的点)的距离、及第三固定位置P3与距其最远的下端面4a上的透镜面13的中心点或周端部上的一点(距P3最远的点)的距离之中的最大的。
在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第三变形例)
图34是显示透镜阵列2的第三变形例的俯视图。此外,图35是图34所示的透镜阵列2的下面图。
如图34及图35所示,本变形例中的透镜阵列2相对于图19至图21所示的构成,仅粘接滞留部30的形状不同。即,如图34及图35所示,在本变形例中,各粘接滞留部30形成为平面形状为コ字形(换言之,矩形)。
在此,图36分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图36中的固定位置P取在链接一对粘接滞留部30的形状中心点彼此的假想线段的中点。另外,以此时的各粘接滞留部30的形状中心点而言,也可使用コ字形的几何学上的重心点。此重心点有成为分别与通过构成コ字形的粘接滞留部30的三个线段(端边)各个的中点的各线段垂直的三个垂线彼此的交点的情形。
另一方面,图37分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的2个固定位置P1、P2、及与满足与该固定位置P1、P2对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图37中的固定位置P1、P2系取在各粘接滞留部30的形状中心点(例如コ字形的重心点)。
在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第四变形例)
图38是显示透镜阵列2的第四变形例的俯视图。此外,图39是图38所示的透镜阵列2的下面图。
如图38及图39所示,本变形例中的透镜阵列2相对于第一变形例,只有粘接滞留部30的形状不同,具体而言,是与第三变形例相同,粘接滞留部30的平面形状形成为コ字形。
在此,图40分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图40中的固定位置P与第一变形例的情形相同,取在透镜形成面23a的重心点。
另一方面,图41分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的两个固定位置P1、P2、及与满足与该固定位置P1、P2对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图41中的固定位置P1、P2与第三变形例的情形相同,取在各粘接滞留部30的形状中心点。
在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第五变形例)
图42是显示透镜阵列2的第五变形例的俯视图。此外,图43是图42所示的透镜阵列2的下面图。
如图42至图43所示,本变形例中的透镜阵列2相对于第二变形例,只有粘接滞留部30的形状不同,具体而言,是与第三变形例相同,粘接滞留部30的平面形状形成为コ字形。
在此,图44分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图44中的固定位置P与第三变形例的情形相同,取在连结形成于透镜阵列主体4的前端面4f及后端面4g的一对粘接滞留部30的形状中心点彼此的假想线段的中点。
另一方面,图45分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的3个固定位置P1、P2、P3、及与满足与该固定位置P1、P2、P3对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图45中的固定位置P1、P2、P3与第三变形例的情形相同,取在各粘接滞留部30的形状中心点。
即使在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第六变形例)
图46是显示透镜阵列2的第六变形例的俯视图。此外,图47是图46所示的透镜阵列2的俯视图。再者,图48是图46所示的透镜阵列2的下面图。
如图46至图48所示,本变形例中的透镜阵列2相对于图19至图21所示的构成,只有粘接滞留部30的形状不同。即,如图47及图48所示,在本变形例中,各粘接滞留部30以平面形状形成为V字形(换言之,三角形)。
在此,图49分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图49中的固定位置P取在链接一对粘接滞留部30的形状中心点彼此的假想线段的中点。另外,以此时的各粘接滞留部30的形状中心点而言,也可使用V字形的几何学上的重心点。此重心点有成为分别与通过构成V字形的粘接滞留部30的两个线段(端边)各者的中点的各线段垂直的2个垂线彼此的交点的情形。
另一方面,图50分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的2个固定位置P1、P2、及与满足与该固定位置P1、P2对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图50中的固定位置P1、P2取在各粘接滞留部30的形状中心点(例如,V字形的重心点)。
即使在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第七变形例)
图51是显示透镜阵列2的第七变形例的俯视图。此外,图52是图51所示的透镜阵列2的下面图。再者,图53是图51所示的透镜阵列2的右侧面图。
如图51及图52所示,本变形例中的透镜阵列2相对于第一变形例,只有粘接滞留部30的形状不同,具体而言,与第六变形例相同,粘接滞留部30的平面形状形成为V字形。
在此,图54分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图54中的固定位置P与第一变形例的情形相同,取在透镜形成面23a的重心点。
另一方面,图55分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的两个固定位置P1、P2、及与满足与该固定位置P1、P2对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图55中的固定位置P1、P2与第六变形例的情形相同,取在各粘接滞留部30的形状中心点。
在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第八变形例)
图56是显示透镜阵列2的第八变形例的俯视图。此外,图57是图56所示的透镜阵列2的下面图。再者,图58是图56所示的透镜阵列2的右侧面图。
如图56及图57所示,本变形例中的透镜阵列2相对于第二变形例,只有粘接滞留部30的形状不同,具体而言,与第六变形例相同,粘接滞留部30的平面形状形成为V字形。
在此,图59分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图59中的固定位置P与第六变形例的情形相同,取在连结形成于透镜阵列主体4的前端面4f及后端面4g的一对粘接滞留部30的形状中心点彼此的假想线段的中点。
另一方面,图60分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的3个固定位置P1、P2、P3、及与满足与该些固定位置P1、P2、P3对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图60中的固定位置P1、P2、P3与第六变形例的情形相同,取在各粘接滞留部30的形状中心点。
即使在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第九变形例)
图61是显示透镜阵列2的第九变形例的主视图。此外,图62是图61所示的透镜阵列2的俯视图。再者,图63是图61所示的透镜阵列2的下面图。
如图61至图63所示,本变形例中的透镜阵列2相对于图19至图21所示的构成,只有粘接滞留部30的形状不同。即,如图62及图63所示,在本变形例中,各粘接滞留部30平面形状形成为五角形。
在此,图64分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。第图64中的固定位置P取在链接一对粘接滞留部30的形状中心点彼此的假想线段的中点。另外,以此时的各粘接滞留部30的形状中心点而言,也可使用五角形的几何学上的重心点。
另一方面,图65分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的2个固定位置P1、P2、及与满足与该固定位置P1、P2对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图65中的固定位置P1、P2取在各粘接滞留部30的形状中心点(例如,五角形的重心点)。
即使在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第十变形例)
图66是显示透镜阵列2的第十变形例的俯视图。此外,图67是图66所示的透镜阵列2的下面图。再者,图68是图66所示的透镜阵列2的右侧面图。
如图66及图67所示,本变形例中的透镜阵列2相对于第一变形例,只有粘接滞留部30的形状不同,具体而言,与第九变形例相同,粘接滞留部30的平面形状形成为五角形。
在此,图69分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图69中的固定位置P与第一变形例的情形相同,取在透镜形成面23a的重心点。
另一方面,图70分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的2个固定位置P1、P2、及与满足与该固定位置P1、P2对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图70中的固定位置P1、P2与第九变形例的情形相同,取在各粘接滞留部30的形状中心点。
即使在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第十一变形例)
图71是显示透镜阵列2的第十一变形例的俯视图。此外,图72是图71所示的透镜阵列2的下面图。再者,图73是图71所示的透镜阵列2的右侧面图。
如图71至图72所示,本变形例中的透镜阵列2相对于第二变形例,只有粘接滞留部30的形状不同,具体而言,与第九变形例相同,粘接滞留部30的平面形状形成为五角形。
在此,图74分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图74中的固定位置P与第九变形例的情形相同,取在连结形成于透镜阵列主体4的前端面4f及后端面4g的一对粘接滞留部30的形状中心点彼此的假想线段的中点。
另一方面,图75分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的3个固定位置P1、P2、P3、及与满足与该固定位置P1、P2、P3对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图75中的固定位置P1、P2、P3与第九变形例的情形相同,取在各粘接滞留部30的形状中心点。
即使在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第十二变形例)
图76是显示透镜阵列2的第十二变形例的主视图。此外,图77是图76所示的透镜阵列2的下面图。
如图76及图77所示,本变形例中的透镜阵列2相对于图19至图21所示的构成,仅粘接滞留部30的形状不同。即,如图76及图77所示,在本变形例中,各粘接滞留部30系形成为平面形状为与图19至图21相同的U字形而且正面形状为コ字形。即,本变形例中的粘接滞留部30,形成为由曲面及与该曲面的端边(曲边)相连的平坦面构成的有底的凹入面而非如图19至图21所示的曲面。
在此,图78分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图78中的固定位置P与图22相同。
另一方面,图79分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的2个固定位置P1、P2、及与满足与该固定位置P1、P2对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图79中的固定位置P1、P2与图23相同。
在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第十三变形例)
图80是显示透镜阵列2的第十三变形例的下面图。此外,图81是图80所示的透镜阵列2的右侧面图。
如图80至图81所示,本变形例中的透镜阵列2相对于第1变形例,仅粘接滞留部30的形状不同,具体而言,与第十二变形例相同,形成为平面形状为U字形而且正面形状为横U字形的凹入面。
在此,图82分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图82中的固定位置P与图27相同。
另一方面,图83分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的2个固定位置P1、P2、及与满足与该固定位置P1、P2对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图83中的固定位置P1、P2与图28相同。
即使在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
(第十四变形例)
图84是显示透镜阵列2的第十四变形例的下面图。此外,图85是图84所示的透镜阵列2的右侧面图。
如图84及图85所示,本变形例中的透镜阵列2相对于第二变形例,只有粘接滞留部30的形状不同,具体而言,与第十二变形例相同,形成为平面形状为U字形而且正面形状为コ字形的凹入面。
在此,图86分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更不易因温度变化而变形时的固定位置P、及与满足与该固定位置P对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图86中的固定位置P与图32相同。
另一方面,图87分别显示半导体基板6较透镜阵列主体4更易因温度变化而变形时的3个固定位置P1、P2、P3、及与满足与该固定位置P1、P2、P3对应的(1)及(2)式的△L所对应的范围(阴影部),以作为在本变形例中规定(1)及(2)式的△L时的透镜阵列主体4的下端面4a上的固定位置。图87中的固定位置P1、P2、P3与图33相同。
即使在本变形例中,也可发挥与图19至图21所示的构成相同的作用效果。
另外,本发明并不限定于上述的实施形态,在不损及本发明的特征限度下均可做各种变更。
例如,相对于第二实施形态的第三至第十一变形例记载的粘接滞留部30,也可不变更其的平面形状而进行设为与第十二至第十四变形例相同的有底的凹入面的变形。此外,也可将粘接滞留部30的平面形状,例如设为六角形状等的上述的各变形例所示以外的多角形状(包含正多角形状)。
符号说明
1-光学模块,2-透镜阵列,3-光电转换装置,4-透镜阵列主体,5-光纤,5a-光纤的端面,7-发光元件,8-受光元件,11-第1透镜面,12-第二透镜面,13-第三透镜面,14-凹部,16-棱镜,17-反射/穿透层,18-充填材料,24-器件定位用凹部,27-光纤定位用凸部,124-器件定位用凸部,127-光纤定位用凹部。

Claims (9)

1.一种透镜阵列,其能够安装排列形成有多个发光元件并且形成有至少一个受光元件的光电转换装置与多条光纤,且设为能够光学性耦合上述多个发光元件与上述多条光纤的端面,其中该受光元件接收用于监控从上述多个发光元件中至少一个所发出的光的监控光,该透镜阵列的特征在于,具备:
透镜阵列侧的光电转换装置定位构造,其形成于透镜阵列主体中的安装有上述光电转换装置的第一面,用于进行上述光电转换装置的安装时的上述光电转换装置的定位;
透镜阵列侧的光纤定位构造,其形成于上述透镜阵列主体中的安装有上述多条光纤的第二面,用于进行上述多条光纤的安装时的上述多条光纤的定位;
多个第一透镜面,其以在与上述多个发光元件对应的预定排列方向排列的方式形成于上述第一面,且供上述多个发光元件的每个发光的光分别入射;
与上述第一透镜面相同数量的第二透镜面,其以沿着与上述多条光纤的端面对应的预定排列方向排列的方式形成于上述第二面,且将分别入射于上述多个第一透镜面的上述多个发光元件的每个的光朝向上述多条光纤的端面分别射出;
至少一个第三透镜面,其形成于上述第一面,使从上述透镜阵列主体的内部侧入射的上述监控光朝向上述受光元件射出;及
光控制部,其配置成位于连接上述透镜阵列主体中的上述第一透镜面与上述第二透镜面的光程上且位于连接上述第一透镜面与上述第三透镜面的光程上,且控制成使所入射于上述多个第一透镜面的上述多个发光元件的每个的光入射,且将此入射的上述多个发光元件的每个的光以预定反射率反射而朝上述第三透镜面侧行进并且以预定穿透率穿透而朝上述第二透镜面侧行进,此时,使上述多个发光元件的每个的光中的至少一个反射来作为上述监控光,
作为上述光电转换装置,安装有具备在其进行定位时与上述透镜阵列侧的光电转换装置定位构造配合的光电转换装置侧的光电转换装置定位构造的结构;
作为上述光纤,安装有具备在其进行定位时与上述透镜阵列侧的光纤定位构造配合的光纤侧的光纤定位构造的结构;
且与上述光电转换装置及上述光纤相互作用,而满足以下(1)所示的条件式:
a+b+d1+e+△L≦W1        (1)
式中:
a:第一透镜面的位置精度[μm]
b:第二透镜面的位置精度[μm]
d1:光电转换装置的发光元件的位置精度[μm]
e:光纤的位置精度[μm]
△L:透镜位置因下式所表示的温度变化所产生的变化量[μm]
△L=α×△T×L,其中,α:透镜阵列主体的线膨胀系数[1/℃],△T:透镜阵列主体的温度变化[℃],L:第一面上的固定位置与距该固定位置最远的第一面上的透镜面的位置的距离[mm];
W1:第一公差[μm]:当假设使光电转换装置沿着第一透镜面中与光轴正交的方向,从安装至光电转换装置的发光元件与光纤的端面的光耦合效率显示预先设定的最大效率的透镜阵列主体的安装位置,移动至显示相对于最大效率相当于2dB的光耦合效率的降低的安装位置时,移动前的安装位置与移动后的安装位置之间的距离。
2.根据权利要求1所述的透镜阵列,其特征在于,进一步与上述光电转换装置及上述光纤相互作用,满足以下(2)所示的条件式:
a+c+d1+d2+△L≦W2    (2)
式中:
c:第三透镜面的位置精度[μm]
d2:光电转换装置的受光元件的位置精度[μm]
W2:第二公差[μm]:当假设使光电转换装置沿着第一透镜面中与光轴正交的方向,从安装至光电转换装置的发光元件与受光元件的光耦合效率显示预先设定的最大效率的透镜阵列主体的安装位置,移动至显示相对于最大效率相当于2dB的光耦合效率的降低的安装位置时,移动前的安装位置与移动后的安装位置之间的距离。
3.根据权利要求1或2所述的透镜阵列,其特征在于,上述透镜阵列侧的光电转换装置定位构造形成为圆穴状、圆孔状或圆销状;
作为上述光电转换装置,能够安装具备有形成为可嵌合于上述透镜阵列侧的光电转换装置定位构造的圆销状、圆穴状或圆孔状的上述光电转换装置侧的光电转换装置定位构造的结构。
4.一种透镜阵列,其能够安装排列形成有多个发光元件并且形成有至少一个受光元件的光电转换装置与多条光纤,且设为能够光学性耦合上述多个发光元件与上述多条光纤的端面,其中该受光元件接收用于监控从上述多个发光元件中至少一个所发出的光的监控光,该透镜阵列的特征在于,具备:
透镜阵列侧的光纤定位构造,其形成于透镜阵列主体中的安装有上述多条光纤的第二面,用于进行上述多条光纤的安装时的上述多条光纤的定位;
多个第一透镜面,其以在与上述多个发光元件对应的预定排列方向排列的方式形成于上述透镜阵列主体中安装有上述光电转换装置的第一面,且供上述多个发光元件的每个发光的光分别入射;
与上述第一透镜面相同数量的第二透镜面,其以沿着与上述多条光纤的端面对应的预定排列方向排列的方式形成于上述第二面,且将分别入射于上述多个第一透镜面的上述多个发光元件的每个的光朝向上述多条光纤的端面分别射出;
至少一个第三透镜面,其形成于上述第一面,使从上述透镜阵列主体的内部侧入射的上述监控光朝向上述受光元件射出;及
光控制部,其配置成位于连接上述透镜阵列主体中的上述第一透镜面与上述第二透镜面的光程上且位于连接上述第一透镜面与上述第三透镜面的光程上,且控制成使所入射于上述多个第一透镜面的上述多个发光元件的每个的光入射,且将此入射的上述多个发光元件的每个的光以预定反射率反射而朝上述第三透镜面侧行进并且以预定穿透率穿透而朝上述第二透镜面侧行进,此时,使上述多个发光元件的每个的光中的至少一个反射来作为上述监控光,
上述光电转换装置以由对准作业的定位方式来安装;
作为上述光纤,安装有具备在其进行定位时与上述透镜阵列侧的光纤定位构造配合的光纤侧的光纤定位构造的结构;
且与上述光电转换装置及上述光纤相互作用,而满足以下(1)所示的条件式:
a+b+d1+e+△L≦W1     (1)
式中:
a:第一透镜面的位置精度[μm]
b:第二透镜面的位置精度[μm]
d1:光电转换装置的发光元件的位置精度[μm]
e:光纤的位置精度[μm]
△L:透镜位置因下式所表示的温度变化所产生的变化量[μm]
△L=α×△T×L,其中,α:透镜阵列主体的线膨胀系数[1/℃],△T:透镜阵列主体的温度变化[℃],L:第一面上的固定位置与距该固定位置最远的第一面上的透镜面的位置的距离[mm];
W1:第一公差[μm]:当假设使光电转换装置沿着第一透镜面中与光轴正交的方向,从安装至光电转换装置的发光元件与光纤的端面的光耦合效率显示预先设定的最大效率的透镜阵列主体的安装位置,移动至显示相对于最大效率相当于2dB的光耦合效率的降低的安装位置时,移动前的安装位置与移动后的安装位置之间的距离。
5.根据权利要求4所述的透镜阵列,其特征在于,进一步与上述光电转换装置及上述光纤相互作用,满足以下(2)所示的条件式:
a+c+d1+d2+△L≦W2   (2)
式中:
c:第三透镜面的位置精度[μm]
d2:光电转换装置的受光元件的位置精度[μm]
W2:第二公差[μm]:当假设使光电转换装置沿着第一透镜面中与光轴正交的方向,从安装至光电转换装置的发光元件与受光元件的光耦合效率显示预先设定的最大效率的透镜阵列主体的安装位置,移动至显示相对于最大效率相当于2dB的光耦合效率的降低的安装位置时,移动前的安装位置与移动后的安装位置之间的距离。
6.根据权利要求1或4所述的透镜阵列,其特征在于,上述透镜阵列侧的光纤定位构造形成为圆销状、圆穴状或圆孔状;
作为上述多条光纤,能够安装具备有形成为可嵌合于上述透镜阵列侧的光纤定位构造的圆穴状、圆孔状或圆销状的上述光纤侧的光纤定位构造的结构。
7.根据权利要求1或4所述的透镜阵列,其特征在于,作为上述光电转换装置,形成为安装有上述受光元件沿着上述发光元件的排列方向形成与上述发光元件相同数量的结构;
且上述第三透镜面沿着上述第一透镜面的排列方向排列并形成与上述第一透镜面及上述第二透镜面相同数量。
8.根据权利要求1或4所述的透镜阵列,其特征在于,上述光控制部具备:
凹部,其凹入形成于上述透镜阵列主体,且供入射于上述多个第一透镜面的上述多个发光元件的每个的光入射;
棱镜,其配置于该凹部形成的空间内,用于形成在入射于上述凹部后朝向上述第二透镜面侧行进的上述多个发光元件的每个的光的光程;及
反射/穿透层,其配置于上述凹部形成的空间内且为相对于上述棱镜在上述多个发光元件的每个的光的行进方向的上游侧的位置,用于将入射于上述凹部的上述多个发光元件的每个的光以上述预定反射率反射至上述第三透镜面侧并且以上述预定穿透率穿透至上述棱镜侧,此时,使上述多个发光元件的每个的光中的至少一个反射来作为上述监控光。
9.一种光学模块,其特征在于,具备:
权利要求1至8项中任一项所述的透镜阵列;及
与透镜阵列对应的光电转换装置。
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