CN104422997B - 光耦合透镜、光耦合透镜的检测方法以及光通讯装置 - Google Patents

光耦合透镜、光耦合透镜的检测方法以及光通讯装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光耦合透镜，其包括信号耦合部以及位于信号耦合部两侧的第一对准部与第二对准部；该信号耦合部包括第一表面、与该第一表面垂直的第二表面以及一个分别与该第一表面及第二表面呈45度角的反射面；该第一表面上形成有第一透镜，该第二表面上形成有第二透镜，进入该第一透镜的光信号通过该反射面的反射能进入该第二透镜；该第一对准部包括第三表面以及设置在该第三表面的第一对准件，该第二对准部包括第四表面以及设置在该第四表面的第二对准件；该第一对准件与该第二对准件用于作为判断该第一透镜与该第二透镜间是否位于预定光路。本发明还涉及一种光耦合透镜的检测方法以及一种光通讯装置。

Description

光耦合透镜、光耦合透镜的检测方法以及光通讯装置
技术领域
本发明涉及一种光耦合透镜、该光耦合透镜的检测方法以及一种光通讯装置。
背景技术
在光通讯装置中，一般采用光耦合透镜将光信号在信号发射/接收组件以及光纤之间耦合。该光耦合透镜包括一个用于光信号进出的第一表面、一个用于光信号进出的第二表面以及用于在该第一表面以及该第二表面之间偏转光信号的反射面。该第一表面上形成至少一个第一透镜，该第二表面形成至少一个对应于该第一透镜的第二透镜。为确保光信号的传输效率，该第一透镜的中心与对应的第二透镜的中心需处于同一预定光路上。先前技术一般需将制作完成后的光耦合透镜设置于具有光信号发射装置以及光信号接收装置的检测设备中透过分析光信号的传输效率判断该第一透镜以及该第二透镜的相对位置是否符合要求，然而，上述方法不仅繁琐而且检测设备的成本高昂。
发明内容
有鉴于此，有必要一种提供能够克服以上不足的光耦合透镜、光耦合透镜的检测方法以及一种光通讯装置。
一个光耦合透镜，其包括信号耦合部以及位于信号耦合部两侧的第一对准部与第二对准部；
该信号耦合部包括一个第一表面、一个与该第一表面垂直相连的第二表面以及一个分别与该第一表面及第二表面呈45度夹角的反射面；
该第一表面上形成有至少一个第一透镜，该至少一个第一透镜的光轴垂直于该第一表面，该第二表面上形成有至少一个第二透镜，该至少一个第二透镜的光轴垂直于该第二表面，进入该第一透镜的光信号通过该反射面的反射能够进入该第二透镜；
该第一对准部包括第三表面以及设置在该第三表面的第一对准件，该第二对准部包括第四表面以及设置在该第四表面的第二对准件；
该第一表面与该第二表面具有共同的棱边，该第一对准件的中心与该第二对准件的中心连线与该棱边平行，该连线用于作为判断该至少一个第一透镜与该至少一个第二透镜是否位于预定光路的基准。
一种如上所述的光耦合透镜的检测方法，包括如下步骤：利用显微镜以垂直于该第一表面的视角观察该至少一个第一透镜，以该第一对准件的中心与该第二对准件的中心的连线为基准连线判断该至少一个第一透镜的中心是否位于该基准连线上；
利用显微镜以垂直于该第二表面的视角观察该至少一个第二透镜，以该基准连线判断该至少一个第二透镜的中心是否位于该基准连线上；
若该至少一个第一透镜的中心不是位于该基准连线上或若该至少一个第二透镜的中心不是位于该基准连线上时，则判断该光耦合透镜为不良品；
若该至少一个第一透镜的中心及该至少一个第二透镜的中心均位于该基准连线上时，则利用显微镜以垂直于该第一表面的视角观察该至少一个第一透镜中最靠近该第一对准件的一个该第一透镜，计算该至少一个第一透镜中最靠近该第一对准件的该第一透镜的中心与该第一对准件的中心之间的距离L1，以垂直于该第二表面的视角观察该至少一个第二透镜中最靠近该第一对准件的一个第二透镜，计算该至少一个第二透镜中最靠近该第一对准件的该第二透镜的中心与该第一对准件的中心之间的距离L2，根据L1与L2之间的关系判断该至少一个第一透镜与该至少一个第二透镜是否均位于预定光路。
一种光通讯装置，其包括至少一个光发射元件、至少一个光传输元件以及一个如上所述的光耦合透镜，该至少一个光发射元件发射的光信号到达该至少一个第一透镜，并经过该反射面的反射到达该至少一个第二透镜，经过该至少一个第二透镜后出射至该至少一个光传输元件。
相较于现有技术，本发明提供的光耦合透镜、光耦合透镜检测方法以及光通讯装置，通过在光耦合透镜的信号耦合部的两侧分别设置一个第一对准部以及一个第二对准部，通过第一对准部上设置的第一对准件以及第二对准部上设置的第二对准件以及显微镜的配合来检测信号耦合部的第一透镜与第二透镜是否位于预定的光路上，能方便的发现不良品的出现，避免繁琐、复杂的检测方法以及成本高昂的检测设备，还能减低所述光耦合透镜的成本。
附图说明
图1是本发明第一实施例的光耦合透镜立体结构示意图。
图2是图1的光耦合透镜另一个角度的立体结构示意图。
图3是图2的光耦合透镜的正视图。
图4是图2的光耦合透镜的俯视图。
图5是本发明第二实施例的光通讯装置的结构示意图。
主要元件符号说明
光耦合透镜 100
信号耦合部 10
第一对准部 20
第二对准部 30
第一表面 12
第二表面 14
第三表面 22
第四表面 32
反射面 16
中心连线 23
第一对准件 24
第二对准件 34
棱边 13
基准连线 L
第一透镜 120
第二透镜 140
光通讯装置 200
光发射元件 40
光传输元件 50
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请一并参考图1-2，图1为本发明第一实施例提供的一个光耦合透镜100，其包括信号耦合部10以及位于信号耦合部10两侧的第一对准部20与第二对准部30。该信号耦合部10、该第一对准部20与该第二对准部30为一体成型结构。
该信号耦合部10包括一个第一表面12、一个与该第一表面12垂直相连的第二表面14以及一个分别与该第一表面及该第二表面14呈45度夹角的反射面16。
该第一表面12上形成有至少一个第一透镜120，至少一个该第一透镜120的光轴垂直于该第一表面12，该第二表面14上形成有至少一个第二透镜140，至少一个该第二透镜140的光轴垂直于该第二表面14。在本实施方式中，该第一透镜120与该第二透镜140的数量均为2个。
该第一对准部20包括第三表面22以及设置在该第三表面22的第一对准件24。该第二对准部30包括第四表面32以及设置在该第四表面32的第二对准件34。本实施方式中，该第三表面22、该第四表面32均与该反射面16共面，该信号耦合部10为等腰直角三棱柱，该第一对准件24与该第二对准件34均为半圆球。该第一对准件24的半径与该第二对准件34的半径相等。此处，将第一对准件24的半径与该第二对准件34的半径设定为相等是可以利用显微镜快速确定第一对准件24与第二对准件34的圆心位置，不需要每次都对显微镜进行调校。
该第一表面12与该第二表面14具有共同的棱边13。该第一对准件24的中心与该第二对准件34的中心的连线与该棱边13平行，这样确保第一对准件24与第二对准件34的位置不会出现偏差，从而可以用于后续判断该第一透镜120与该第二透镜140是否位于预定光路。并且该第一对准件24与该第二对准件34关于该信号耦合部10对称分布。该连线用于作为判断该第一透镜120与该第二透镜140是否位于预定光路的基准。
以下选取最靠近第一对准件24的其中一个第一透镜120及选取最靠近第一对准件24的其中一个第二透镜140作为例子说明本发明的实施方式。请一并参阅图3与图4，该第一对准件24的中心为O1、该第二对准件34的中心为O2，该第一透镜120的中心为O3、该第二透镜140的中心为O4。沿垂直于该第一表面12的方向，该第一透镜120的中心O3在该反射面16上的投影位于O1与O2的连线O1O2（即中心连线23）上；沿垂直于第二表面14的方向，该第二透镜140的中心O4在该反射面16上的投影位于O1与O2的连线O1O2（即中心连线23）上。沿垂直于该第一表面12的方向，O1与O3之间的距离为L1，沿垂直于第二表面14的方向，O1与O4之间的距离为L2。通过判断L1与L2之间的差值，可以得出第一透镜120及第二透镜140的对准情况。在理想状态下，L1与L2的差值为零，即L1=L2，但由于在实际应用/测量中，允许存在差值在一定的预定范围内，所以差值在一定的预定范围内也是可以接受的。
在L1=L2时，即表示该第一透镜120的中心O3与该第二透镜140的中心O4的连线与该棱边13垂直，也就代表该第一透镜120与该第二透镜140均理想地位于预定光路上从而可以实现光信号的最高效率耦合传输。
本发明还涉及一种光耦合透镜100的检测方法，包括如下步骤：
步骤S1：利用显微镜以垂直于该第一表面12的视角观察该第一透镜120，以该第一对准件的中心O1与该第二对准件的中心O2的连线为基准连线L（即中心连线23）判断该第一透镜120是否位于该基准连线L上。
其中，在步骤S1中判断该第一透镜120是否位于该基准连线L上的具体方法为：
提供承载台（图未示）以及显微镜（图未示），该显微镜为测量显微镜，该显微镜可以将被测物放大，并且根据被测物规则的几何形状确定被测物几何形状中心的坐标。该显微镜可以将被测物几何形状中心的位置坐标的测量误差控制在0.1um，符合光耦合透镜结构的误差范围。
将该显微镜置放在该承载台的载物台上并且使该光耦合透镜100的该第一表面12位于该显微镜的物镜之下，这时，该第一对准件24、该第一透镜120以及该第二对准件34的视图如图3所示；
利用该显微镜确定该第一对准件24的中心O1的位置及该第二对准件34的中心O2的位置，并且以该第一对准件24的中心O1与该第二对准件34的中心O2连线O1O2为x轴，以该连线O1O2的中点为原点O，作与x轴垂直的y轴以确定坐标系，利用该显微镜确定O1的第一坐标（x1,0）及O2的第二坐标（x2,0）；利用该显微镜确定该第一透镜120的中心O3位置及O3的第三坐标（x3,y3）。如果该第一透镜120的纵坐标y3的值在第一预设范围内，则判断该第一透镜120位于该基准连线L上，否则判断该第一透镜120没有位于该基准连线L上，即判断该光耦合透镜100为不良品，检测结束。
步骤S2：利用显微镜以垂直于该第二表面14的视角观察该第二透镜140，以该第一对准件24的中心O1与该第二对准件34的中心O2的连线为基准连线L判断该第二透镜140是否位于该基准连线L上。
其中，在步骤S2中判断该第二透镜140是否位于该基准连线L上的具体方法为：
提供承载台（图未示）以及显微镜（图未示），该显微镜为测量显微镜，该显微镜可以将被测物放大，并且根据被测物规则的几何形状确定被测物几何形状中心的坐标。该显微镜可以将被测物几何形状中心的位置坐标的测量误差控制在0.1um，符合光耦合透镜结构的误差范围。
将该显微镜置放在该承载台的载物台上并且使该光耦合透镜100的该第二表面14位于该显微镜的物镜之下，这时，该第一对准件24、该第二透镜140以及该第二对准件34的视图如图4所示；
利用该显微镜确定该第一对准件24的中心O1的位置及该第二对准件34的中心O2的位置，并且以该第一对准件24的中心O1与该第二对准件34的中心O2连线O1O2为x轴，以该连线O1O2的中点为原点O，作与x轴垂直的y轴以确定坐标系，利用该显微镜确定O1的第一坐标（x1,0）及O2的第二坐标（x2,0）；利用该显微镜确定该第二透镜140的中心O4位置及O4的第四坐标（x4,y4）。如果该第二透镜140的纵坐标y4的值在第二预设范围内，则判断该第二透镜140位于该基准连线L上，否则判断该第二透镜140没有位于该基准连线L上，即判断该光耦合透镜100为不良品，检测结束。
在步骤S1及S2，若判断第一透镜120的中心O3及第二透镜的中心O4均位于该基准连线L上时，则进行步骤S3：利用显微镜以垂直于该第一表面12的视角观察该第一透镜120，计算最靠近该第一对准件24的一个该第一透镜120的中心O1与该第一对准件24的中心O3之间的距离L1，以垂直于该第二表面14的视角观察该第二透镜140，计算最靠近该第一对准件24的一个该第二透镜140的中心O2与该第一对准件24的中心O3之间的距离L2，根据L1与L2之间的关系判断判断该第一透镜120与该第二透镜140是否位于预定光路。
在步骤S3中，根据L1与L2之间的关系判断判断该第一透镜120与该第二透镜140是否位于预定光路的具体方法为：
以最靠近该第一对准件24的该第一透镜120、以最靠近该第一对准件24的该第二透镜140为检测目标；根据O1的第一坐标（x1,0）、O2的第二坐标（x2,0）、O3的第三坐标（x3,y3）以及O4的第四坐标（x4,y4）计算O1与O3之间的距离L1; 计算O1与O4之间的距离L2，若L1与L2之间的差值在第三预设范围内，则判断该第一透镜120与该第二透镜140是均位于预定光路，则该光耦合透镜100为良品，否则为不良品。
上述提到的该第一预设范围、该第二预设范围与该第三预设范围分别是指y3=±△y3，y3=±△y4以及L1-L2=±△L，△y3、△y4、△L分别是指允许的误差范围，即对结果的判断只要在误差范围内即可。
请参阅图5，本发明第二实施方式还提供一种光通讯装置200，其包括至少一个光发射元件40、至少一个光传输元件50、一个光耦合透镜100及光侦测元件接收（图未示）。在本实施方式中，该光发射元件40的数量为一个，该光传输元件50为光纤，数量为两个，光纤的长度方向与该第二表面14垂直。每个光传输元件50正对每个第二透镜140的中心设置，该光通讯装置200可以实现信号的双进双出，从而实现高效率传输光信号。具体的工作原理是：该光发射元件40发出的光束到达该第一透镜120，经过该第一透镜120将该光束转换为平行的光束，该平行的光束投向该反射面16，该反射面16将该平行的光束分别反射至该第二表面14上对应的该第二透镜140，然后经该第二透镜140出射至光传输元件50，当然，光信号也可以从光纤处发射，经过该第二透镜、反射面以及该第一透镜对信号的耦合而被光侦测元件接收。
综上所述，本发明提供的光耦合透镜、光耦合透镜检测方法以及光通讯装置，通过在光耦合透镜的信号耦合部的两侧分别设置一个第一对准部以及一个第二对准部，通过第一对准部上设置的第一对准件以及第二对准部上设置的第二对准件以及显微镜的配合来检测信号耦合部的第一透镜与第二透镜是否位于预定光路上，能方便的发现不良品的出现，避免繁琐、复杂的检测方法以及成本高昂的检测设备，能减低该光耦合透镜的成本。
总之，本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种光耦合透镜，其包括信号耦合部以及位于信号耦合部两侧的第一对准部与第二对准部；
该信号耦合部包括一个第一表面、一个与该第一表面垂直相连的第二表面以及一个分别与该第一表面及第二表面呈45度夹角的反射面；
该第一表面上形成有至少一个第一透镜，该至少一个第一透镜的光轴垂直于该第一表面，该第二表面上形成有至少一个第二透镜，该至少一个第二透镜的光轴垂直于该第二表面，进入该第一透镜的光信号通过该反射面的反射能够进入该第二透镜，其特征在于：
该第一对准部包括第三表面以及设置在该第三表面的第一对准件，该第二对准部包括第四表面以及设置在该第四表面的第二对准件；
该第一表面与该第二表面具有共同的棱边，该第一对准件的中心与该第二对准件的中心的中心连线与该棱边平行，该连线用于作为判断该至少一个第一透镜与该至少一个第二透镜是否位于预定光路的基准。
2.如权利要求1所述的光耦合透镜，其特征在于：该第一对准件与该第二对准件均为半圆球，且该第一对准件的半径与该第二对准件的半径相等。
3.如权利要求2所述的光耦合透镜，其特征在于：该第三表面及该第四表面均与该反射面共面。
4.如权利要求1所述的光耦合透镜，其特征在于：沿垂直于该第一表面的方向，该至少一个第一透镜的中心位于该第一对准件的中心与该第二对准件的中心的连线上；沿垂直于第二表面的方向，该至少一个第二透镜的中心位于该连线上。
5.如权利要求4所述的光耦合透镜，其特征在于：沿垂直于该第一表面的方向，该第一对准件的中心与该至少一个第一透镜中最靠近该第一对准件的一个第一透镜的中心之间的距离为L1；沿垂直于第二表面的方向，该第一对准件的中心与该至少一个第二透镜中最靠近该第一对准件的一个第二透镜的中心之间的距离为L2，L1＝L2。
6.一种如权利要求1所述的光耦合透镜的检测方法，包括如下步骤：
利用显微镜以垂直于该第一表面的视角观察该至少一个第一透镜，以该第一对准件的中心与该第二对准件的中心的连线为基准连线判断该至少一个第一透镜的中心是否位于该基准连线上；
利用显微镜以垂直于该第二表面的视角观察该至少一个第二透镜，以该基准连线判断该至少一个第二透镜的中心是否位于该基准连线上；
若该至少一个第一透镜的中心不是位于该基准连线上或若该至少一个第二透镜的中心不是位于该基准连线上时，则判断该光耦合透镜为不良品；
若该至少一个第一透镜的中心及该至少一个第二透镜的中心均位于该基准连线上时，则利用显微镜以垂直于该第一表面的视角观察该至少一个第一透镜中最靠近该第一对准件的一个该第一透镜，计算该至少一个第一透镜中最靠近该第一对准件的该第一透镜的中心与该第一对准件的中心之间的距离L1，以垂直于该第二表面的视角观察该至少一个第二透镜中最靠近该第一对准件的一个第二透镜，计算该至少一个第二透镜中最靠近该第一对准件的该第二透镜的中心与该第一对准件的中心之间的距离L2，根据L1与L2之间的关系判断该至少一个第一透镜与该至少一个第二透镜是否均位于预定光路。
7.如权利要求6所述的光耦合透镜的检测方法，其特征在于：判断该至少一个第一透镜的中心是否位于该基准连线上包括：
利用该显微镜确定该第一对准件的中心及该第二对准件的中心，并且以该第一对准件的中心与该第二对准件的中心连线为该基准连线作为x轴，以该基准连线的中点为原点，并作与x轴垂直的y轴以确定坐标系，利用该显微镜确定该第一对准件的中心的第一坐标(x1,0)及该第二对准件的中心的第二坐标(x2,0)；
利用该显微镜确定该至少一个第一透镜的中心及该至少一个第一透镜的中心的第三坐标(x3,y3)；
如果y3的值在第一预设范围内，则判断该至少一个第一透镜的中心位于该基准连线上，否则判断该至少一个第一透镜的中心没有位于该基准连线上。
8.如权利要求7所述的光耦合透镜的检测方法，其特征在于：判断该至少一个第二透镜的中心是否位于该基准连线上包括：
利用该显微镜确定该至少一个第二透镜的中心及该至少一个第二透镜的中心的第四坐标(x4,y4)，如果y4的值在第二预设范围内，则判断该至少一个第二透镜的中心位于该基准连线上，否则判断该至少一个第二透镜的中心没有位于该基准连线上。
9.如权利要求8所述的光耦合透镜的检测方法，其特征在于：判断该至少一个第一透镜与该至少一个第二透镜是否均位于该预定光路包括：
根据该第一坐标、该第二坐标、该第三坐标及该第四坐标计算该距离L1，及该距离L2，若L1与L2之间的差值在第三预设范围内，则判断该至少一个第一透镜与该至少一个第二透镜是均位于该预定光路，该光耦合透镜为良品。
10.一种光通讯装置，其包括至少一个光发射元件、至少一个光传输元件以及一个如权利要求1所述的光耦合透镜，该至少一个光发射元件发射的光信号到达该至少一个第一透镜，并经过该反射面的反射到达该至少一个第二透镜，经过该至少一个第二透镜后出射至该至少一个光传输元件。
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