CN105849611A - 光插座及光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明的光插座具有：第一光学面，其使从发光元件射出的光分别入射；第二光学面，其使由第一光学面入射的光向光传输体的端面射出；第三光学面，其使由第一光学面入射的光向第二光学面反射；多个第一凹部，其形成于配置有第二光学面的面；以及多个第二凹部，其形成于与配置有第一凹部的面对置的面、或者配置有所述多个第一光学面的面。多个第一凹部和多个第二凹部分别以其中心轴一致的方式对置配置。

Description

光插座及光模块
技术领域
本发明涉及光插座及具有该光插座的光模块。
背景技术
一直以来，在使用了光纤或光波导等光传输体的光通信中，使用具备面发光激光器(例如，VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)等发光元件的光模块。光模块具有使从发光元件射出的包含通信信息的光向光传输体入射的发送用的光插座、或者使来自光传输体的光向受光元件入射的接收用的光插座(例如参照专利文献1)。
图1是专利文献1中记载的接收用的光插座10的立体图。如图1所示，光插座10具有：多个入射面12，其使来自多个光纤的光分别入射；反射面14，其使由多个入射面12入射的光反射；多个出射面16，其使由反射面14反射的光向多个受光元件分别射出；以及一对导向孔18，其以夹住反射面14的方式配置。多个光纤收纳于光连接器，通过将光连接器的凸部插入到导向孔18，来使多个光纤与光插座10连接。
在这样连接的光插座10中，从光纤射出的光通过入射面12入射，由反射面14向受光元件的受光面反射后，通过出射面16到达受光元件的受光面。
专利文献1中记载的光插座10通过使用了热塑性的透明树脂的射出成型而一体成型。具体而言，通过在将热塑性的透明树脂注入模具的型腔并使其固化后将光插座10脱模，从而制造光插座10。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-031556号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在通过射出成型制造专利文献1中记载的光插座10的情况下，模具的与导向孔18对应的部分难以从导向孔18脱离，所以在脱模时光插座10会发生变形。在脱模时变形的光插座10无法回到脱模前的形状，所以有时无法适当地将从光纤射出的光向受光元件的受光面引导。这样，对于专利文献1中记载的光插座10，存在以下问题：在通过射出成型进行制造的情况下会发生变形。
本发明的目的在于提供即使通过射出成型进行制造也难以变形的光插座。另外，本发明的另一目的在于提供具有所述光插座的光模块。
解决问题的方案
本发明的光插座配置于多个发光元件或多个受光元件与多个光传输体之间，用于分别将所述多个发光元件或所述多个受光元件与所述多个光传输体的端面光学耦合，该光插座包括：多个第一光学面，其使从所述多个发光元件射出的光分别入射，或者使在内部通过的光向所述受光元件分别射出；多个第二光学面，其使由所述多个第一光学面入射的光向所述多个光传输体的端面分别射出，或者使来自所述多个光传输体的光分别入射；第三光学面，其使由所述第一光学面入射的光向所述第二光学面反射，或者使由所述第二光学面入射的光向所述第一光学面反射；多个第一凹部，其形成于配置有所述多个第二光学面的面、或者配置有所述多个第一光学面的面；以及多个第二凹部，其形成于与配置有所述第一凹部的面对置的面，所述多个第一凹部和所述多个第二凹部分别以其中心轴一致的方式对置配置。
另外，本发明的光插座配置于多个发光元件或多个受光元件与多个光传输体之间，用于分别将所述多个发光元件或所述多个受光元件与所述多个光传输体的端面光学耦合，该光插座包括：多个第一光学面，其使从所述多个发光元件射出的光分别入射，或者使在内部通过的光向所述受光元件分别射出；多个第二光学面，其使由所述多个第一光学面入射的光向所述多个光传输体的端面分别射出，或者使来自所述多个光传输体的光分别入射；第三光学面，其使由所述第一光学面入射的光向所述第二光学面反射，或者使由所述第二光学面入射的光向所述第一光学面反射；以及多个凹部，其形成于配置有所述多个第二光学面的面，所述多个凹部包括圆柱形的凹部主体、和与所述凹部主体的底部连续地形成的大致圆锥台形的锥部。
本发明的光模块包括：基板，其配置有多个发光元件或多个受光元件；以及在所述基板上配置的本发明的光插座。
发明效果
根据本发明，即使通过射出成型进行制造，也能够适当地将多个发光元件或多个受光元件与多个光传输体光学耦合。
附图说明
图1是专利文献1的光插座的立体图。
图2是实施方式1的光模块的剖面图。
图3A～图3E是表示实施方式1的光插座的结构的图。
图4A～图4E是表示比较例的光插座的结构的图。
图5A、图5B是用于说明比较例的光插座的翘曲的图。
图6A、图6B是用于说明实施方式1的光插座的翘曲的图。
图7A～图7E是表示实施方式2的光插座的结构的图。
图8A、图8B是用于说明实施方式2的光插座的翘曲的图。
附图标记说明
10 光插座
12 入射面
14 反射面
16 出射面
18 导向孔
100 光模块
110 光电变换装置
112 基板
114 发光元件
116 光传输体
120、120'、220 光插座
121 第一光学面(入射面)
122 第三光学面(反射面)
123 第二光学面(出射面)
124 第一凹部
125 第二凹部
221 凹部
222 凹部主体
223 锥部
具体实施方式
下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。
[实施方式1]
(光模块的结构)
图2是本发明的实施方式1的光模块100的剖面图。图2中，为了表示光插座120内的光路而省略了光插座120的剖面的剖面线。
如图2所示，光模块100具有：包括发光元件114的基板安装型的光电变换装置110、和光插座120。将光传输体116连接到光插座120来使用光模块100。不特别限定光传输体116的种类，其包括光纤、光波导等。本实施方式中，光传输体116是光纤。另外，光纤即可以是单模态方式，也可以是多模态方式。
光电变换装置110具有基板112和多个发光元件114。发光元件114在基板112上被配置成一列，向与基板112的表面垂直的方向射出激光。发光元件114例如是垂直共振器发光激光器(VCSEL)。
光插座120在配置于光电变换装置110和光传输体116之间的状态下，将发光元件114和光传输体116的端面光学耦合。以下，详细说明光插座120的结构。
(光插座的结构)
图3是表示实施方式1的光插座120的结构的图。图3A是光插座120的俯视图，图3B是仰视图，图3C是主视图，图3D是后视图，图3E是右视图。
如图3所示，光插座120是大致长方体形状的部件。光插座120具有透光性，使从发光元件114射出的光向光传输体116的端面射出。光插座120具有多个第一光学面(入射面)121、第三光学面(反射面)122、多个第二光学面(出射面)123、多个第一凹部124和多个第二凹部125。使用对于在光通信中使用的波长的光具有透光性的材料，形成光插座120。作为那样的材料的例子，包括：聚醚酰亚胺(PEI)或环状烯烃树脂等透明的树脂。另外，例如能够通过射出成型来制造光插座120。
第一光学面121是使从发光元件114射出的激光折射后向光插座120的内部入射的入射面。多个第一光学面121在光插座120的底面以分别与发光元件114对置的方式在长边方向上配置成一列。不特别限定第一光学面121的形状。本实施方式中，第一光学面121的形状是向发光元件114呈凸状的凸透镜面。另外，第一光学面121的俯视形状为圆形。优选第一光学面121的中心轴与发光元件114的发光面(以及基板112的表面)垂直。另外，优选第一光学面121的中心轴与从发光元件114射出的激光的光轴一致。由第一光学面121(入射面)入射的光向第三光学面122(反射面)前进。
第三光学面122是使由第一光学面121入射的光向第二光学面123反射的反射面。第三光学面122以随着从光插座120的底面靠近顶面而逐渐接近光传输体116的方式倾斜。对于相对于从发光元件114射出的光轴的第三光学面122的倾斜角度，不特别地进行限定。本实施方式中，第三光学面122相对于由第一光学面121入射的光的光轴的倾斜角度为45°。不特别限定第三光学面122的形状。本实施方式中，第三光学面122的形状为平面。由第一光学面121入射的光以比临界角大的入射角向第三光学面122入射。第三光学面122将入射的光向第二光学面123全反射。即，规定光束直径的光向第三光学面122(反射面)入射，并且规定光束直径的光向第二光学面123(出射面)射出。
第二光学面123是使由第三光学面122全反射的光向光传输体116的端面射出的出射面。多个第二光学面123在光插座120的侧面以分别与光传输体116的端面对置的方式在长边方向上配置成一列。不特别限定第二光学面123的形状。本实施方式中，第二光学面123的形状是向光传输体116的端面呈凸状的凸透镜面。由此，能够将由第三光学面122反射的规定光束直径的光高效地耦合到光传输体116的端面。优选第二光学面123的中心轴与光传输体116的端面的中心轴一致。
第一凹部124是用于将光传输体116固定于光插座120(配置有多个第二光学面123的面)的凹部。通过使光传输体安装部的突起分别嵌合于第一凹部124，来将光传输体116相对于光插座120的配置有多个第二光学面123的面固定。
对于第一凹部124的形状和数量，只要能够将光插座120相对于基板112固定，不特别地进行限定。即，第一凹部124的形状只要是与光传输体安装部的突起互补的形状即可。本实施方式中，第一凹部124的形状是圆柱形状。另外，对于第一凹部124的数量，也是只要能够将光传输体116相对于光插座120固定即可，通常形成有多个。本实施方式中，将两个第一凹部124以在长边方向上夹住第二光学面123的全部的方式，配置于配置有多个第二光学面123的面。多个第一凹部124以与通过第二光学面123的光的光轴平行、且将第三光学面122在垂直方向上一分为二的面作为对称面并形成在面对称的位置。另外，对于第一凹部124的开口部的直径和深度，也不特别地进行限定，只要是与基板112的突起互补的形态即可。
第二凹部125是用于在通过射出成型来制造光插座120的情况下抑制由第一凹部124引起的、脱模时的光插座120的变形的凹部。第二凹部125在配置有第一凹部124的面相反侧的侧面开口。对于第二凹部125的形状，只要能够抵消在将第一凹部124脱模时产生的应力，不特别地进行限定。本实施方式中，第二凹部125的形状是圆柱形状。另外，对于第二凹部125的开口部的直径和深度，也不特别地进行限定，只要根据将第一凹部124脱模时产生的应力进行设定即可。
多个第一凹部124和多个第二凹部125分别对置配置。另外，多个第一凹部124的中心轴与多个第二凹部125的中心轴分别一致。在第二凹部125的中心轴与第一凹部124的中心轴不一致的情况下，无法抵消将第一凹部124脱模时产生的应力。
(第三光学面的翘曲的测定)
对实施方式1的光插座120，利用干涉仪或三维测量仪对通过射出成型制造时的脱模后的第三光学面122的形状进行了测定。另外，为了比较，对于不具有第二凹部125的光插座120'，也测定了脱模后的第三光学面122的形状。
图4A是表示比较例的光插座120'的结构的图。图4A是比较例的光插座120'的俯视图，图4B是仰视图，图4C是主视图，图4D是后视图，图4E是右视图。图5和图6是用于说明通过射出成型制造的光插座120、120'的第三光学面122的翘曲的图。图5A表示在射出成型时比较例的光插座120'受到的力，图5B是表示射出成型后的比较例的第三光学面122的形状的曲线图。图6A表示在射出成型时实施方式1的光插座120受到的力，图6B是表示射出成型后的实施方式1的第三光学面122的形状的曲线图。在图5B和图6B中，横轴表示距第三光学面122的中心的距离d。纵轴表示第三光学面122的法线方向上的变形量h。
首先，说明通过射出成型制造以往的光插座120'的情况。如图5A所示，以往的光插座120'在侧面形成有凹部，所以在射出成型时需要至少对形成有凹部的侧面进行成型的模具。而且，在使用这样的模具射出成型后再脱模的情况下，光插座120'由于在凹部的内表面和模具的与凹部对应的部分产生的摩擦，而在凹部的位置被向模具侧(图5的下方)拉拽(参照图5A的较细的虚线)。此时，光插座120'以整体弯曲的方式受到应力(参照图5A的较细的实线)。其结果，第三光学面122以整体弯曲的方式受到力而翘曲(参照图5A的较粗的实线)。
另一方面，如图6A所示，实施方式1的光插座120在一方的侧面形成有第一凹部124，且在对置的侧面形成有第二凹部125，因此，在射出成型时，需要成型对置的两个侧面的模具。而且，在使用这样的模具射出成型后再脱模的情况下，光插座120由于在第一凹部124的内表面和模具的与第一凹部124对应的部分产生的摩擦、以及在第二凹部125的内表面和模具的与第二凹部125对应的部分产生的摩擦，而被向相反方向拉拽。此时，由在第一凹部124的内表面和模具的与第一凹部124对应的部分产生的摩擦带来的应力，被由在第二凹部125的内表面和模具的与第二凹部125对应的部分产生的摩擦带来的应力抵消。由此，光插座120不会受到较大的力。因此，如图6B所示，在光插座120中，抑制了第三光学面122的高度方向上的翘曲。
(効果)
如上所述，实施方式1的光插座120将第一凹部124和第二凹部125以其中心轴一致的方式对置配置，所以即使在通过射出成型进行制造的情况下，也能够抑制脱模时的变形(翘曲)的产生。
[实施方式2]
实施方式2的光模块的光插座220的形状与实施方式1的光模块100不同。因此，对于与实施方式1的光模块100相同的结构要素，标以相同的符号并省略其说明，以光模块的不同的结构要素为中心进行说明。实施方式2的光插座220具有多个凹部221代替多个第一凹部124和多个第二凹部125，在这一点上与实施方式1的光插座120不同。
(光插座的结构)
图7是表示本发明的实施方式2的光插座220的结构的图。图7A是实施方式2的光插座220的俯视图，图7B是仰视图，图7C是主视图，图7D是后视图，图7E是右视图。
如图7所示，实施方式2的光插座220具有多个第一光学面121、第三光学面122、多个第二光学面123和多个凹部221。
凹部221是用于将光传输体116固定于光插座220(配置有多个第二光学面123的面)的部分。另外，本实施方式中，企图通过在凹部221的形状上想办法，来抑制射出成型的脱模时的光插座的变形。即，凹部221具有实施方式1的第一凹部124和第二凹部125这两者的功能。在光插座220的配置有多个第二光学面123的侧面形成凹部221。另外，与光传输体安装部的突起的数量对应地设定凹部221的数量。本实施方式中，以夹住全部的第二光学面123的方式配置有两个凹部221。凹部221具有凹部主体222及锥部223。
对于凹部主体222，只要是能够将光传输体116相对于配置有多个第二光学面123的面进行定位的形状，不特别地进行限定。本实施方式中，凹部主体222的形状是圆柱形状。从对光传输体安装部的突起进行定位的观点来看，优选凹部主体222的轴向的长度(深度)为0.3mm以上。在凹部主体222的轴向的长度不到0.3mm的情况下，有可能无法将光传输体116适当地固定于配置有多个第二光学面123的面。
锥部223是用于在脱模时减轻在凹部221与模具的对应部分之间产生的摩擦从而抑制光插座220的变形的圆锥台形状的部位。凹部主体222的底面和锥部223的底面是相同形状，锥部223的内周面(锥面)与凹部主体222的内周面连续。不特别地限定锥部223的内周面(锥面)相对于凹部221的中心轴的角度，例如为3°左右。优选凹部主体222的中心轴与锥部223的中心轴一致。
(第三光学面的翘曲的测定)
图8是用于说明通过射出成型制造的光插座220的第三光学面122的翘曲的图。图8A表示在脱模时实施方式2的光插座220受到的应力，图8B是表示脱模后的第三光学面122的形状的曲线图。在图8B的曲线图中，横轴表示距第三光学面122的中心的距离d。纵轴表示第三光学面122的法线方向上的变形量h。
如图8A所示，实施方式2的光插座220在侧面形成有凹部221，所以在射出成型时，需要对形成有凹部221的侧面侧进行成型的模具。而且，在使用这样的模具射出成型后再脱模的情况下，光插座220由于在凹部221的内表面和模具的与凹部221对应的部分产生的摩擦，而在凹部221的位置被向模具侧(图8A的下方)拉拽(参照图8A的较细的虚线)。此时，由于在凹部221的底部形成有锥部223，所以与图5所示的比较例的光插座120'相比，光插座220中的摩擦减轻了。因此，如图8B所示，在光插座220中，抑制了第三光学面122的高度方向上的翘曲。
(効果)
如上所述，在实施方式2的光插座220中，在凹部221的底部形成有锥部223，所以即使在通过射出成型进行制造的情况下，也能够抑制脱模时的变形(翘曲)的产生。
此外，在上述各实施方式的光插座120、220中，虽然表示了第一光学面121和第二光学面123为凸透镜面的情况，但是第一光学面121和第二光学面123也可以是平面。具体而言，既可以是仅第一光学面121为平面，也可以是仅第二光学面123为平面。在将第一光学面121形成为平面的情况下，例如，第三光学面122形成为，能够作为凹面镜而发挥功能。另外，在利用第一光学面121或第三光学面122等将即将到达第二光学面123的光有效地会聚的情况下，也可以将第二光学面123形成为平面。
另外，也可以在接收用的光模块中使用上述各实施方式的光插座120、220。此时，接收用的光模块具有用于接受光的多个受光元件代替多个发光元件114。多个受光元件分别配置在与发光元件相同的位置。在接收用的光模块中，第二光学面123成为入射面，第一光学面121成为出射面。从光传输体116的端面射出的光从第二光学面123向光插座内入射。然后，入射到光插座的光由第三光学面122反射并从第一光学面121向受光元件射出。另外，在不具有反射面的光模块中，入射到光插座的光从第一光学面121向受光元件射出。
本申请主张基于2013年12月25日提出的日本专利申请特愿2013-267214号的优先权。该申请的说明书及附图中记载的内容全部引用于本申请说明书中。
工业实用性
本发明的光插座和光模块对使用了光传输体的光通信是有用的。

Claims (7)

1.一种光插座，其配置于多个发光元件或多个受光元件与多个光传输体之间，用于分别将所述多个发光元件或所述多个受光元件与所述多个光传输体的端面光学耦合，该光插座包括：
多个第一光学面，其使从所述多个发光元件射出的光分别入射，或者使在内部通过的光向所述受光元件分别射出；
多个第二光学面，其使由所述多个第一光学面入射的光向所述多个光传输体的端面分别射出，或者使来自所述多个光传输体的光分别入射；
第三光学面，其使由所述第一光学面入射的光向所述第二光学面反射，或者使由所述第二光学面入射的光向所述第一光学面反射；
多个第一凹部，其形成于配置有所述多个第二光学面的面、或者配置有所述多个第一光学面的面；以及
多个第二凹部，其形成于与配置有所述第一凹部的面对置的面，
所述多个第一凹部和所述多个第二凹部分别以其中心轴一致的方式对置配置。
2.如权利要求1所述的光插座，其中，
所述多个第一凹部以与通过所述第二光学面的光的光轴平行、且将所述第三光学面在垂直方向上一分为二的面作为对称面，并形成在面对称的位置。
3.如权利要求1或权利要求2所述的光插座，其中，
在所述第一凹部插入有突起，该突起用于将所述光传输体安装于配置有所述多个第二光学面的面。
4.一种光插座，其配置于多个发光元件或多个受光元件与多个光传输体之间，用于分别将所述多个发光元件或所述多个受光元件与所述多个光传输体的端面光学耦合，该光插座包括：
多个第一光学面，其使从所述多个发光元件射出的光分别入射，或者使在内部通过的光向所述受光元件分别射出；
多个第二光学面，其使由所述多个第一光学面入射的光向所述多个光传输体的端面分别射出，或者使来自所述多个光传输体的光分别入射；
第三光学面，其使由所述第一光学面入射的光向所述第二光学面反射，或者使由所述第二光学面入射的光向所述第一光学面反射；以及
多个凹部，其形成于配置有所述多个第二光学面的面，
所述多个凹部包括圆柱形的凹部主体、和与所述凹部主体的底部连续地形成的大致圆锥台形的锥部。
5.如权利要求4所述的光插座，其中，
所述多个凹部以与通过所述第二光学面的光的光轴平行、且将所述第三光学面在垂直方向上一分为二的面作为对称面，并形成在面对称的位置。
6.如权利要求4或权利要求5所述的光插座，其中，
在所述凹部插入有突起，该突起用于将所述光传输体安装于配置有所述多个第二光学面的面。
7.一种光模块，包括：
基板，其配置有多个发光元件或多个受光元件；以及
在所述基板上配置的权利要求1～6中任意一项所述的光插座。
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