CN104238043A - 光模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光模块及其制造方法，在平行光出射或入射的光模块中使光元件和透光构件的定位变得容易。该光模块包括：光元件(10)；以及透光构件(20)，是由透光性材料构成的构件，具有与对方侧光学构件嵌合的嵌合部(21)、以及透镜部(22)，该透镜部使从光元件出射的第一波长的光成为平行光，或使从对方侧光学构件出射的第一波长的平行光成为入射到光元件(10)的会聚光，透光构件(20)形成为如下形状：在照射比第一波长的波长低的第二波长的可见光的情况下，透过透镜部(21)的该第二波长的光使光元件(10)进行成像的成像面、和嵌合部(21)的前端面(211)在光轴X方向上的位置一致。

Description

光模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具备光元件以及由使光透射的材料构成的透光构件的光模块及其制造方法。
背景技术
在制造这种光模块的情况下，高精度地进行光元件和透光构件的定位是重要的。在下述专利文献1的记载中，通过利用显微镜对透过透镜的光进行观察，进行光元件和透光构件的定位。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-271457号公报
发明内容
公知有作为这种光模块的一种的结构，其利用透镜使出射的光(用于通信的波长的光)为平行光、或使从对方侧光学构件出射的平行光为会聚光。在该光模块中，由于在空间传播的光是平行光，因此在产生与对方侧光学构件的轴向的位置错位时的耦合损失较小。即，是对轴向的位置错位有抵抗力的光模块。
然而，在该光模块中，如果使用了用于通信的波长的光，则在空间中传播的光成为平行光而来自光元件的反射光不成像，因此不能够对光元件和透光构件进行定位。
本发明使得在平行光出射或入射的光模块中，能够容易地进行光元件和透光构件的定位。
为了解决上述课题，本发明所涉及的光模块的特征在于，光元件；以及透光构件，所述透光构件是由透光性材料构成的构件，具有与对方侧光学构件嵌合的嵌合部以及透镜部，所述透镜部使从所述光元件出射的第一波长的光成为平行光，或使从所述对方侧光学构件出射的第一波长的平行光成为入射到所述光元件的会聚光，所述透光构件形成为如下形状：在照射比所述第一波长的波长低的第二波长的可见光的情况下，使透过所述透镜部的该第二波长的光被所述光元件反射后的反射光进行成像的成像面、和所述嵌合部的前端面在光轴方向上的位置一致。
另外，所述嵌合部的前端是以光轴为中心的环状。
本发明所涉及的光模块的制造方法的特征在于，包括由如下步骤构成的定位工序：对所述光元件以及所述透光构件照射所述第二波长的光；以及利用摄像装置对所述成像面和所述嵌合部的前端面的相对位置进行观察，并且使所述光元件以及所述透光构件中的至少任一个移动，在所述成像面和所述嵌合部的前端面的相对位置成为预定的位置关系的位置将所述光元件相对于所述透光构件定位。
另外，其他本发明所涉及的光模块的制造方法的特征在于，包括由如下步骤构成的定位工序：对所述光元件以及所述透光构件照射所述第二波长的光；以及利用摄像装置对所述成像面和所述嵌合部的前端面的相对位置进行观察，并且使所述光元件以及所述透光构件中的至少任一个移动，以环状的所述嵌合部的前端面的中心和所述成像面的中心一致的方式将所述光元件相对于所述透光构件定位。
本发明所涉及的光模块在照射比第一波长的波长低的第二波长的可见光的情况下，使该第二波长的光被所述光元件反射后的反射光进行成像的成像面、和嵌合部的前端面在光轴方向上的位置一致。即，通过照射第二波长的光，来自光元件的反射光的成像面和嵌合部的前端面位于同一平面上，因此通过进行两面的相对定位，从而能够进行光元件和透光构件的定位。
如果上述嵌合部的前端面是环状，则使该环状的前端面的中心和成像面的中心一致，从而结束光元件和透光构件的定位。
附图说明
图1是本发明的一实施方式所涉及的光模块的剖视图。
图2是表示本发明的一实施方式所涉及的光模块的制造方法所包含的对准工序所使用的对准装置的一例的图。
图3是表示在对准工序中、在光元件和透光构件的定位前在显示器显示的图像的示意图。
图4是表示相机和套筒构件相对地定位的状态的示意图。
图5是表示相机和光元件(光元件活性层)相对地定位的状态的示意图。
图6是表示第一实施例所涉及的光模块的各种尺寸的剖视图。
图7是表示第二实施例所涉及的光模块的各种尺寸的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图针对本发明的实施方式详细地进行说明。图1所示的本发明的一实施方式所涉及的光模块1具备光元件10以及透光构件20。光元件10是具有将电信号转换为光信号的功能以及将光信号转换为电信号的功能中的至少任一个的光电转换元件。即，是发光元件以及感光元件中的至少任一个(也可以是将发光元件和感光元件组合后的感发光元件)。光元件10安装在电路基板40上。在光元件10的上表面形成有光元件活性层。在该光元件活性层中，将电信号转换为光信号，或者将光信号转换为电信号。在本实施方式中，第一波长的非可见光被设定为用于光通信的光(光信号)。
透光构件20是由具有透光性的合成树脂构成的构件。透光构件20具有嵌合部21以及透镜部22。嵌合部21是能够与对方侧光学构件嵌合的部分。本实施方式中的嵌合部21是能够使在中央固定有光纤91的大致圆柱形状的套管90插入的筒状的部分。在套管90的前端形成有用于使平行光成为会聚光、或使平行光出射的透镜部92。插入有这种大致圆柱形状的套管90的嵌合部21的前端面211是环状，该‘环’的中心轴与光轴X一致。在嵌合部21的内侧，形成有成为插入到内侧的套管90的止动结构的台阶。套管90的透镜部92的周围与台阶接触。嵌合部21的内底面是光出射的出射面或入射的入射面24。
在光元件10是发光元件的情况下，透镜部22使从该发光元件出射的第一波长的光成为平行光。另一方面，在光元件10是感光元件的情况下，使从对方侧光学构件出射的第一波长的平行光成为入射到该感光元件中的会聚光。即，透镜部22用于将光元件10和固定于对方侧光学构件的光纤91等的通信要素光学地连接，并被设计为使得在透光构件20和对方侧光学构件之间的空间传播的第一波长的光成为平行光。
光通过透镜部22从而折射。光的折射率根据波长而不同。因此，在对光模块1照射波长比上述第一波长小的可见光的情况下，使通过透镜后的光被光元件活性层反射后的反射光成像。在本实施方式中，各构件被设计为，在照射波长比第一波长小的第二波长的可见光(上限波长760nm～830nm，下限波长360nm～400nm)的情况下形成的光元件活性层的成像面11的光轴X方向中的位置与嵌合部21的前端面211的光轴X方向中的位置一致。即，被设计成在图1所示的面Y上成像。第一波长被设定为约850nm左右，第二波长被设定为约450nm左右。第二波长被设定为能够实施后述的光元件10和透光构件20的定位工序的(能够通过显示器88目视确认的)波长。
在透光构件20中的形成有嵌合部21一侧的相反侧形成有筒状部23。该筒状部23的前端固定于基板40，从而将透光构件20和安装在基板40的光元件10以预定的位置关系定位。该筒状部23相对于基板40的连接方法不限定于特定的方法，但是优选为采用容易进行后述的定位的方法。在本实施方式中，在透光构件20的筒状部23的内侧固定金属制的屏蔽构件30(例如通过嵌入成型而固定)，在设置于该屏蔽构件30的基板连接部31插入到形成于基板40的通孔41的状态下进行锡焊，从而将透光构件20相对于基板40定位。即，对安装于基板40的光元件10与透光构件20的相对位置进行确定。通孔41形成为比基板连接部31的外形大。由此，基板连接部31在锡焊于通孔41前的状态下能够在通孔41内沿与基板40表面平行的方向移动。
另外，除了至少成为光路的部分(形成于与光轴X交叉的部分的开口32)之外，屏蔽构件30覆盖光元件10、基板40的一部分，因此经由基板40接地，从而实现对光元件10的屏蔽效果。
以下，对在本发明的一实施方式所涉及的光模块1的制造方法中使用的对准装置80进行说明。如图2所示，对准装置80具备底座81。在底座81上设置有使保持于基板保持机构83的基板40沿其平面方向移动的基板移动机构82。基板40以其板面成为水平且光元件10朝向下方的姿势被保持在基板保持机构83。
另外，在底座81上设置有对透光构件20进行保持的透光构件保持机构84。透光构件20以嵌合部21位于下侧且其中心轴(光轴X)与竖直方向一致的姿势被保持在透光构件保持机构84。
进而，在底座81上设置有能够使由相机保持机构86保持的相机87沿竖直方向移动的相机移动机构85。相机移动机构85也能够使相机87沿水平方向移动。在本实施方式中，作为相机87可以使用CCD相机。
相机87经由线缆与显示器88连接。在显示器88上显示由相机87拍摄的影像。在显示器88上，显示用于使相机87和透光构件20的相对位置对准的第一对准区域881、以及用于使相机87和光元件活性层(成像面11)的相对位置对准的第二对准区域882。在显示器88显示该第一对准区域881以及第二对准区域882。另外，也可以是，将打印有第一对准区域881以及第二对准区域882的透明的片材贴附在显示器88上，从而成为好像在显示器88上显现出两个对准区域的状态。
第一对准区域881形成为，在通过相机87对透光构件20的嵌合部21的前端面211进行拍摄时，与在显示器88上显示的该前端面211的外边缘的形状以及大小相等的形状以及大小。即，第一对准区域881是圆形。第二对准区域882是比第一对准区域881小的圆形。该第二对准区域882的中心与第一对准区域881的中心一致。
对本发明的一实施方式所涉及的光模块1的制造方法进行说明。本制造方法包含使用上述对准装置80的、光元件10和透光构件20的对准工序(定位工序)。对准工序的详细内容如下所述。
首先，在利用未图示的光源照射第二波长的可见光的状态下，利用相机移动机构85使相机87沿上下方向移动，使得相机87的焦点和与嵌合部21的前端面211是同一平面的平面L对准。由此，在显示器88上显示第一对准区域881、第二对准区域882、嵌合部21的前端面211、以及通过透镜后的第二波长的光通过来自光元件活性层的反射光而在平面L上成像的光元件活性层的成像面11(参照图3)。即，在相同画面上清楚地显示成为定位基准的第一对准区域881和第二对准区域882、以及作为定位对象的光元件活性层的成像面11和嵌合部21的前端面211。
接下来，利用相机移动机构85使相机87沿水平方向移动，使第一对准区域881和嵌合部21的前端面211的外边缘一致(参照图4)。由此，进行相机87和透光构件20的相对定位。
在相机87和透光构件20的相对定位后，利用基板移动机构82使基板40沿水平方向移动，使得光元件活性层的成像面11位于由第二对准区域882包围的区域内(参照图5)。由此，进行相机87和光元件活性层的相对定位。在本实施方式中，嵌合部21的前端面211是环状，因此利用该操作，前端面211的中心和光元件活性层的成像面11的中心大致一致。由于相机87和透光构件20的相对定位已经结束，意味着在该阶段中透光构件20和光元件活性层(光元件10)的相对定位结束。
最后，在对各构件的位置进行保持的状态下，将固定于透光构件20的屏蔽构件30的基板连接部31和基板40(通孔41)进行锡焊。由此，得到以透光构件20和光元件10成为预定的位置关系(正确的位置关系)的方式定位的光模块1。
以下，利用具体的实施例对本发明进行说明。第一实施例是使用“ウルテム”(Ultem1010；‘ウルテム’是沙伯基础创新塑料有限公司(SABIC Innovative Plastics IP BV)的注册商标)作为透光构件20的例子。该材料在通信波长(第一波长λ1)为850nm时的透光构件20的折射率是约1.64，在定位时照射的可见光的波长(第二波长λ2)为450nm时的透光构件20的折射率为约1.70(均为20℃时的折射率)。
在该情况下，如果将透光构件20设计为如下形状：通过透镜部22的第一波长的光成为平行光，且使透过透镜部22后的第二波长的光被光元件10反射后的反射光进行成像的成像面和嵌合部21的前端面211在光轴X方向上的位置一致，则各构件的尺寸成为如图6所示的状态(将从透镜部22到出射面或入射面(嵌合部21的基端)的距离作为基准(1mm)的情况下)。另外，透镜参数为曲率半径0.467mm、圆锥系数(conic)-0.485、四阶系数-2.323。
第二实施例是使用“テラリンク”(住友电工超效能高分子股份有限公司的注册商标)作为透光构件20的例子。该材料在通信波长(第一波长)为850nm时的透光构件20的折射率为约1.51，在定位时照射的可见光的波长(第二波长)为450nm时的透光构件20的折射率为约1.57(均为20℃时的折射率)
在该情况下，如果将透光构件20设计为如下形状：通过透镜部22的第一波长的光成为平行光，且使透过透镜部22后的第二波长的光被光元件10反射后的反射光进行成像的成像面和嵌合部21的前端面211在光轴X方向上的位置一致，则各构件的尺寸成为如图7所示的状态(将从透镜部22到出射面或入射面(嵌合部21的基端)的距离作为基准(1mm)的情况下)。另外，透镜参数为曲率半径0.369mm、圆锥系数-0.752、四阶系数-3.083。
由此，通过将透光构件20设计为如下形状：通过透镜部22的第一波长的光成为平行光，且使透过透镜部22后的第二波长的光被光元件10反射后的反射光进行成像的成像面和嵌合部21的前端面211在光轴X方向上的位置一致，从而即使在通过透镜部22后的第一波长(通信波长)的光成为平行光这样的情况下，也能够通过使用第二波长的可见光而精度良好地进行光元件10和透光构件20的定位。
另外，在上述实施例中，以在外部气温是20℃(常温)的条件下进行光元件10和透光构件20的定位为前提，但是也能够以在此温度以下的温度进行定位为前提而设计透光构件20。具体如下所述。
透光性材料的折射率在温度越低的情况下变得越高。例如，形成上述第一实施例中的透光构件20的“ウルテム”在20℃时的折射率为约1.64，在0℃时为1.643。如果利用该特性，以降低进行光元件10和透光构件20的定位时的外部气温为前提而设计透光构件20，则能够减小从透镜部22到嵌合部21的前端面211的距离。但是，如果过度降低外部气温，则会在透光构件20发生结露，因此需要注意(如果将湿度控制为不发生结露，则能够大幅度地降低外部空气温度(折射率增大))。
以上，针对本发明的实施方式详细地进行了说明，但是本发明不限于上述任何实施方式，而可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改变。

Claims (4)

1.一种光模块，其特征在于，包括：
光元件；以及
透光构件，所述透光构件是由透光性材料构成的构件，具有与对方侧光学构件嵌合的嵌合部以及透镜部，所述透镜部使从所述光元件出射的第一波长的光成为平行光，或使从所述对方侧光学构件出射的第一波长的平行光成为入射到所述光元件的会聚光，
所述透光构件形成为如下形状：在照射比所述第一波长的波长低的第二波长的可见光的情况下，使透过所述透镜部的该第二波长的光被所述光元件反射后的反射光进行成像的成像面、和所述嵌合部的前端面在光轴方向上的位置一致。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，
所述嵌合部的前端是以光轴为中心的环状。
3.一种光模块的制造方法，是权利要求1所述的光模块的制造方法，其特征在于，
包括由如下步骤构成的定位工序：
对所述光元件以及所述透光构件照射所述第二波长的光；以及
利用摄像装置对所述成像面和所述嵌合部的前端面的相对位置进行观察，并且使所述光元件以及所述透光构件中的至少任一个移动，在所述成像面和所述嵌合部的前端面的相对位置成为预定的位置关系的位置将所述光元件相对于所述透光构件定位。
4.一种光模块的制造方法，是权利要求2所述的光模块的制造方法，其特征在于，
包括由如下步骤构成的定位工序：
对所述光元件以及所述透光构件照射所述第二波长的光；以及
利用摄像装置对所述成像面和所述嵌合部的前端面的相对位置进行观察，并且使所述光元件以及所述透光构件中的至少任一个移动，以环状的所述嵌合部的前端面的中心和所述成像面的中心一致的方式将所述光元件相对于所述透光构件定位。
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