CN106062603A - 透镜保持结构、透镜保持器、光学模块和透镜保持方法 - Google Patents

透镜保持结构、透镜保持器、光学模块和透镜保持方法 Download PDF

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Abstract

为了减轻对于在其中包含阵列透镜的光学模块的结构设计约束，这个透镜保持结构包括紧密地粘结到多个透镜的凸表面的一个表面和固定阵列透镜的横向表面的另一个表面，该阵列透镜具有带有凸表面的透镜，其中透镜的光轴被平行地布置并且每一个透镜的凸表面的顶点被置放成被包括在垂直于透镜光轴的预定平面中。

Description

透镜保持结构、透镜保持器、光学模块和透镜保持方法
技术领域
本发明涉及一种透镜保持结构、一种透镜保持器、一种光学模块，和一种透镜保持方法，并且更加具体地涉及使用透镜阵列作为透镜的一种透镜保持结构、一种透镜保持器、一种光学模块，和一种透镜保持方法。
背景技术
近年来，在干线系统诸如密集波分复用(D-WDM)、订户系统诸如光纤到家(FTTH)等中广泛地使用了光学通信系统。因为光学通信系统被广泛地使用，所以对于用于在光学通信系统中使用的光学传输/光学接收/光学功能模块等的需求增加。此外，随着高速和大容量光学通信系统的发展，对于集成这些光学模块的需求增加。
关于需求增加或者对于高集成度的需求，设想到构成光学模块的光学构件的小型化和集成是有效的。特别地，利用阵列配置，光学构件诸如透镜或者光纤能够被以高密度集成。因此，通过捆扎多条通信线路，能够将这项技术应用于光学模块。如果使用例如晶片加工制造光学构件，则通过光学构件的小型化和集成，将从每个晶片获得的构件的数目增加。作为用于使用晶片过程制造阵列式透镜的方法，已知这样一种方法，其中制造通过蚀刻加工在晶片的全部表面上布置的透镜，并且从以二维方式布置的透镜切出要求数目的透镜。
PTL 1描述了一项使用透镜阵列的相关技术。PTL 1描述了一种配置，其中在发光元件的表面上形成第一结构，并且在光学元件上形成与第一结构匹配的第二结构。PTL 1描述了一种光学模块，该光学模块被配置为使得通过第一结构和第二结构的接合，发光元件和光学元件被定位成带有大约几μm的间隙。
引用列表
专利文献
[PTL 1]日本公开专利公报No.2005-99069
[PTL 2]日本公开专利公报No.2006-512598
[PTL 3]日本公开专利公报No.H11-23805
[PTL 4]日本公开专利公报No.H10-225995
发明内容
技术问题
然而，在PTL 1中描述的相关技术是基于透镜的光轴与垂直方向相对准的前提的。因此，在于PTL 1中描述的相关技术中，这些结构被沿着重力方向放置在彼此之上。这引起当光学模块以90°倾斜时难以保持透镜阵列的问题。此外，有必要通过独特的方法另外地在透镜阵列的一个表面上形成一种结构。如上所述，使用集成构件诸如透镜阵列的光学模块的结构设计受到约束。
本发明的一个目的在于提供使得能够减轻对于光学模块的结构设计的约束的一种透镜保持结构、一种透镜保持器、一种光学模块，和一种透镜保持方法。
解决问题的方案
本发明的一种透镜保持结构包括，关于包括每一个具有凸表面的多个透镜的透镜阵列，透镜的光轴被相互平行地置放，透镜被以下述方式布置，使得每一个透镜的凸表面的顶点被包括在垂直于透镜的光轴的预定平面中，与透镜的凸表面形成紧密接触的一个表面；和固定透镜阵列的侧表面的另一个表面。
本发明的一种透镜保持器包括该透镜保持结构和透镜阵列。
本发明的一种光学模块包括该透镜保持器；输出或者接收光信号的光纤；和输出或者接收光信号的光学元件，其中通过使用透镜保持器，光纤和光学元件被光学连接。
根据本发明的一种透镜保持方法包括，关于包括每一个具有凸表面的多个透镜的透镜阵列，透镜的光轴被相互平行地置放，透镜被以下述方式布置，使得每一个透镜的凸表面的顶点被包括在垂直于透镜的光轴的预定平面中，与透镜的凸表面形成紧密接触；并且固定透镜阵列的侧表面。
本发明的有利效果
根据本发明的透镜保持结构、透镜保持器、光学模块，和透镜保持方法，能够减轻对于光学模块的结构设计的约束。
附图简要说明
图1A是示意根据本发明第一示例性实施例的透镜保持器的配置的侧视图；
图1B是示意根据本发明第一示例性实施例的透镜保持器的配置的前视图；
图2A是示意根据本发明第二示例性实施例的透镜保持器的配置的侧视图；
图2B是示意根据本发明第二示例性实施例的透镜保持器的配置的前视图；
图3是示意根据本发明第三示例性实施例的透镜保持器的配置的侧视图；
图4A是示意根据本发明第四示例性实施例的透镜保持器的配置的侧视图；
图4B是示意根据本发明第四示例性实施例的透镜保持器的配置的前视图；
图5是示意根据本发明第五示例性实施例的透镜保持器的配置的图表；
图6是示意根据本发明第六示例性实施例的透镜保持器的配置的侧视图；
图7是示意根据本发明第七示例性实施例的光学模块的配置的图表；并且
图8是示意相关技术的透镜保持器的结构的图表。
具体实施方式
以下，参考绘图详细描述本发明的示例性实施例。
注意在以下说明中，具有彼此相同的功能的元件由相同的附图标记示意，并且可以省略其重复说明。
(第一示例性实施例)
图1A是示意本发明第一示例性实施例的配置的侧视图。图1B是示意本发明第一示例性实施例的配置的前视图。平凸透镜阵列2包括每一个具有凸表面的多个透镜。在平凸透镜阵列2中，透镜的光轴被相互平行地置放。此外，平凸透镜阵列2被以下述方式置放，使得每一个透镜的凸表面的顶点被包括在垂直于透镜的光轴的预定平面中。透镜保持结构3包括具有一个表面31的连接部件38，和具有另一个表面32的粘结部件39。透镜保持器1包括平凸透镜阵列2和透镜保持结构3。平凸透镜阵列2和透镜保持结构3分别地由安装装置诸如夹具保持，并且平凸透镜阵列2和透镜保持结构3的位置得到调节从而光轴相互对准。这个调节是通过使用连接部件38的基准平面的机械精度或者通过根据放大的图像检查调节/置放而执行的。在平凸透镜阵列2和透镜保持结构3的位置被调节到最佳位置之后，平凸透镜阵列2和透镜保持结构3相互间形成挤压接触。在挤压接触之后，允许UV可固化粘结剂在平凸透镜阵列2的侧表面22和粘结部件39的另一个表面32之间流动。然后，在挤压接触状态中照射紫外线以固化粘结剂。通过前述过程，平凸透镜阵列2和透镜保持结构3被固定在前述调节位置处。透镜保持器1被以下述方式配置，使得在平凸透镜阵列2的凸表面与连接部件38的一个表面31紧密接触的状态中，平凸透镜阵列2的侧表面22固定到粘结部件39的另一个表面32。以此方式，在透镜保持器1中，替代平凸透镜阵列2的平坦表面29地，通过使用平凸透镜阵列2的凸表面，平凸透镜阵列2结合到透镜保持结构3。注意为了通过连接部件38的一个表面31透射光，具有一个表面31的连接部件38是由光透射性材料制成的。能够通过将光学抛光、非反射性涂覆等应用于用作光路的、在一个表面31上的部分而降低光透射损失。此外，作为用于制造透镜保持结构3的方法，具有一个表面31的连接部件38和具有另一个表面32的粘结部件39可以作为个体构件制造并且然后相互组装，或者可以通过使用相同的材料一体地模制。如上所述，该示例性实施例的透镜保持器1能够减轻对于光学模块的结构设计的约束。注意在该示例性实施例的透镜保持器1中，所要使用的表面被加以区分从而平凸透镜阵列2的位置调节是在连接部件38的一个表面31上执行的，并且固定是在粘结部件39的另一个表面32上执行的。因此，还在用于制造该示例性实施例的透镜保持器1的方法中减轻了约束。
随后，通过与相关技术比较，进一步描述本申请的有利的效果。图8是示意相关技术的透镜保持器的结构的图表。相关技术的透镜保持器具有一种结构从而平凸透镜阵列2的平坦表面部分联结到板部件9的一个表面9a。平凸透镜阵列2是下述透镜阵列，其中每一个具有凸表面的多个透镜被以下述方式置放，使得透镜的凸表面与正交于透镜的光轴的方向相对准。通常，在平凸透镜阵列中，光被收集在具有凸形形状的部分上。相关技术的透镜保持器在具有图8中的凸形形状的部分的右侧上具有平凸透镜阵列2自身的厚度和板部件9的厚度。因此，难以将该透镜保持器应用于其中焦点位置没有达到在图8中的板部件9的右侧的光学系统。在另一方面，该示例性实施例的透镜保持器1在具有图1A中的凸形形状的部分的左侧上具有连接部件38的厚度，并且在具有图1A中的凸形形状的部分的右侧上具有平凸透镜阵列2自身的厚度。这使得防止厚度偏向于具有凸形形状的部分的一侧成为可能。因此，如与相关技术的透镜保持器相比较，有利地在具有短焦距的光学系统中使用该示例性实施例的透镜保持器1。这使得减轻对于光学模块的结构设计的约束成为可能。注意在相关技术的透镜保持结构的配置中，在将平凸透镜阵列2的平坦表面部分联结到板部件9时，平凸透镜阵列2的位置调节和固定是在同一表面上执行的。
(第二示例性实施例)
图2A是示意本发明第二示例性实施例的配置的侧视图。图2B是示意本发明第二示例性实施例的配置的前视图。在图2A和图2B中示意的第二示例性实施例的配置不同于在图1A和图1B中示意的第一示例性实施例的配置之处在于，在连接部件38中形成了通孔。在该示例性实施例中，形成通孔的部分是孔部分33。其它配置与在图1A和图1B中示意的配置相同。如上所述，在该示例性实施例中，孔部分33在具有一个表面31的连接部件38中形成。因此，无论为具有一个表面31的连接部件38使用哪种材料，光路均不被阻挡。因此，能够为透镜保持器使用不透光材料。具体地，减轻了对于连接部件38的材料的约束。例如，在平凸透镜阵列2使用光学玻璃材料BK7(线膨胀系数：7.1x10-6/℃)的情形中，作为用于透镜保持器的材料，能够使用氧化铝(线膨胀系数：7.2x10-6/℃)，这是不透光的陶瓷。注意氧化铝和BK7具有大致彼此相等的线膨胀系数。因此，即使当环境温度改变时，仍然能够抑制在透镜阵列2和透镜保持结构3的粘结表面上产生热应力。此外，如与玻璃相比较，氧化铝较不可能碎裂。因此，在组装光学模块时，易于利用镊子或者类似的工具在夹持透镜保持器1时操控透镜保持器1。换言之，减轻了对于操控构件的约束。
(有利的效果)
根据该示例性实施例的透镜保持结构、透镜保持器、光学模块，和透镜保持方法，能够减轻对于光学模块的结构设计的约束。
此外，在该示例性实施例中，作为用于透镜保持器的材料，能够使用不透光材料。在拓宽材料选择范围方面，这是有利的。
(第三示例性实施例)
图3是示意本发明第三示例性实施例的配置的图表。在图3中示意的第三示例性实施例的配置和在图1中示意的第一示例性实施例的配置之间的差异在于连接部件38的一个表面31。其它配置与在图1中示意的配置相同。具体地，第三示例性实施例具有下述结构，其中平凸透镜阵列2的凸表面粘结到连接部件38的一个表面31。平凸透镜阵列2和透镜保持结构3分别地由安装装置诸如夹具保持。是UV可固化粘结剂的粘结剂10被涂覆在平凸透镜阵列2的凸表面上或者一个表面31上。在涂覆之后，平凸透镜阵列2和透镜保持结构3的位置得到调节从而光轴相互对准。在调节之后，平凸透镜阵列2的凸表面和连接部件38的一个表面31相互间形成挤压接触。然后，将紫外线照射到一个表面31上以固化粘结剂10。为了进行增强，允许粘结剂10在平凸透镜阵列2的侧表面22和透镜保持器的另一个表面32之间流动。然后，照射紫外线以固化粘结剂10。
(有利的效果)
根据该示例性实施例的透镜保持结构、透镜保持器、光学模块，和透镜保持方法，能够减轻对于光学模块的结构设计的约束。
此外，在该示例性实施例中，当利用粘结剂10涂覆的表面是一个表面31时，在一个表面31和平凸透镜阵列2的凸表面之间的间隙37中存在粘结剂10。如与其中例如在平面之间存在粘结剂10的配置相比较，这避免了粘结剂随着时间的流逝而滴落。此外，当通过从开始固化粘结剂而固定平凸透镜阵列2和透镜保持结构3的位置时，在此后固定这些构件是不必要的。这使得使用其固化时间长的热固性粘结剂作为用于在增强中使用的粘结剂成为可能。在拓宽材料选择范围方面，这是有利的。
(第四示例性实施例)
图4A是示意本发明第四示例性实施例的配置的侧视图。图4B是示意本发明第四示例性实施例的配置的前视图。在图4A和图4B中示意的第四示例性实施例的配置和在图1A和图1B中示意的第一示例性实施例的配置之间的差异在于粘结部件39的另一个表面32。其它配置与在图1中示意的配置相同。具体地，第四示例性实施例具有下述结构，其中在平凸透镜阵列2的凸表面与连接部件38紧密接触的状态中，平凸透镜阵列2的两个侧表面22的每一个被粘结地固定到粘结部件39的相应的另一个表面32。在两个位置处的粘结使得增加粘结面积成为可能。这导致粘结作用力增加。此外，即使当在固化粘结剂10时发生固化收缩时，因为平凸透镜阵列2在面对彼此的两个表面处粘结到粘结部件39，所以仍然能够抵消由粘结剂10的固化引起的应力。因此，在该示例性实施例中，能够防止平凸透镜阵列2的位置偏差。注意将被粘结的表面不限于两个表面。可以在三个或者更多表面处固定平凸透镜阵列2。
(有利的效果)
根据该示例性实施例的透镜保持结构、透镜保持器、光学模块，和透镜保持方法，能够减轻对于光学模块的结构设计的约束。
此外，在该示例性实施例中，通过在多个位置处粘结而增加了粘结作用力。进而，在该示例性实施例中，同时地在面对彼此的两个表面处粘结使得抵消由固化收缩引起的应力成为可能。因此，在防止平凸透镜阵列2从调节位置的位置偏差方面，该示例性实施例是有利的。
(第五示例性实施例)
图5是示意根据本发明第五示例性实施例的透镜保持器的配置的图表。在图5中示意的第五示例性实施例的配置和在图4A和图4B中示意的第四示例性实施例的配置之间的差异在于偏振器4、光学元件5，和光纤6。其它配置与在图4A和图4B中示意的配置相同。具体地，第五示例性实施例具有下述配置，其中偏振器4粘结到透镜保持结构3的、具有一个表面的连接部件38的背侧。在经由平凸透镜阵列2光学连接光学元件5和光纤6时，偏振器可以置放在光路上从而补偿将在光学元件5上入射的信号光的偏振角差异。在此情形中，可以根据光学元件5的数值孔径缩短在平凸透镜阵列和光学元件之间的距离，并且可能难以确保能够插入偏振器的空间。因此，有必要在光纤和平凸透镜阵列之间插入偏振器。在该示例性实施例中，偏振器联结到透镜保持结构3。如与其中偏振器被独立地固定的配置相比较，这使得小型化光学系统成为可能。可替代地，除了偏振器，可以粘结根据用于补偿的特性而具有不同的功能的滤光器。
如上所述，在包括偏振器的光学模块中，透镜保持器被小型化。这使得减轻对于光学模块的结构设计的约束成为可能。
(第六示例性实施例)
图6是示意根据本发明第六示例性实施例的透镜保持器的配置的侧视图。在图6中示意的第六示例性实施例的配置和在图5中示意的第五示例性实施例的配置之间的差异在于偏振器4。其它配置与在图5中示意的配置相同。具体地，第六示例性实施例具有下述配置，其中在透镜保持结构3的、具有一个表面31的连接部件38中包括偏振器4。如与第五示例性实施例相比较，该示例性实施例具有光学系统被进一步小型化的优点。显然透镜保持器能够不仅由偏振器构成而且还能够由具有用于每一束光射线的不同功能的滤光器构成。此外，透镜保持结构3的另一个表面部分可以由不同于用于滤光器的材料的材料制成。
如上所述，在该示例性实施例中，包括偏振器的透镜保持结构3被进一步小型化。在减轻对于结构设计的约束方面，这是有利的。
(第七示例性实施例)
图7是示意根据本发明第七示例性实施例的光学模块的配置的图表。第七示例性实施例的配置是这样一种配置，其中透镜保持结构3、光学元件5、光纤6，和光纤保持构件7例如利用粘结剂10安装在光学构件安装载架8上。光学元件5和光纤6经由平凸透镜阵列2相互光学连接。换言之，元件5、光纤6，和平凸透镜阵列3的光轴置放在同一直线上。使用透镜保持结构3使得以任意定向保持透镜成为可能。这使得在光学连接时减轻对于调节等的约束成为可能。因此，能够显著地降低光学连接损失。可以利用除了粘结之外的方法，诸如焊接、一体模制或者阳极结合固定光学构件安装载架和各种构件。光学构件安装载架可以是一体地形成的载架，或者可以由为所要安装的每一个构件分离的多个载架构成。可以使用用于光学连接的两个或者更多透镜。在此情形中，至少一个透镜使用透镜保持结构3，但是除了以上透镜之外的透镜可以不使用透镜保持结构3。
如上所述，能够减轻对于光学模块的结构设计的约束。
(第八示例性实施例)
接着，参考图1描述为了减轻对于光学模块的结构设计的约束而要求的最小配置。平凸透镜阵列2包括每一个具有凸表面的多个透镜。在平凸透镜阵列2中，透镜的光轴被相互平行地置放。此外，平凸透镜阵列2是下述透镜阵列，其中每一个透镜的凸表面的顶点被包括在垂直于透镜的光轴的预定平面中。在该示例性实施例中的透镜保持结构3包括与透镜阵列的多个凸表面形成紧密接触的一个表面31，和用于固定透镜阵列的侧表面的另一个表面32。这使得减轻对于光学模块的结构设计的约束成为可能。
本发明不限于这些示例性实施例。能够在于权利要求中限定的本发明的范围中应用各种修改。显然在本发明的范围中包括这些修改。
如上参考示例性实施例描述了本申请的发明。然而，本申请的发明不限于前述示例性实施例。本申请的发明的配置和细节可以在本申请的发明的范围中被以本领域技术人员能够理解的各种方式修改。
该申请要求基于在2014年2月26日提交并且其全部公开由此并入的日本专利申请No.2014-035342的优先权。
附图标记列表
1 透镜保持器
2 平凸透镜阵列
22 平凸透镜阵列的侧表面
3 透镜保持结构
31 透镜保持结构的一个表面
32 透镜保持结构的另一个表面
33 孔部分
4 偏振器
5 光学元件
6 光纤
7 光纤保持构件
8 光学构件安装载架
9 板部件
10 粘结剂

Claims (10)

1.一种透镜保持结构，包括：
关于包括每一个具有凸表面的多个透镜的透镜阵列，所述透镜的光轴被相互平行地置放，所述透镜被以下述方式布置：使得每一个透镜的凸表面的顶点被包括在垂直于所述透镜的光轴的预定平面中，
与所述透镜的凸表面形成紧密接触的一个表面；和
固定所述透镜阵列的侧表面的另一个表面。
2.根据权利要求1所述的透镜保持结构，其中
所述另一个表面和所述侧表面是通过使用粘结剂固定的。
3.根据权利要求1或者2所述的透镜保持结构，其中
所述一个表面和所述凸表面是通过使用粘结剂固定的。
4.根据权利要求1到3中任何一项所述的透镜保持结构，其中
所述一个表面包括孔部分。
5.根据权利要求1到4中任何一项所述的透镜保持结构，其中
所述透镜保持结构包括多个所述另一个表面。
6.根据权利要求1到5中任何一项所述的透镜保持结构，
进一步包括偏振器。
7.根据权利要求6所述的透镜保持结构，其中
所述偏振器被包括在所述一个表面中。
8.一种透镜保持器，包括：
根据权利要求1到7中任何一项所述的透镜保持结构；和
所述透镜阵列。
9.一种光学模块，包括；
根据权利要求8所述的透镜保持器；
输出或者接收光信号的光纤；和
输出或者接收所述光信号的光学元件，其中
所述光纤和所述光学元件被通过使用所述透镜保持器光学连接。
10.一种透镜保持方法，包括：
关于包括每一个具有凸表面的多个透镜的透镜阵列，所述透镜的光轴被相互平行地置放，所述透镜被以下述方式布置：使得每一个透镜的凸表面的顶点被包括在垂直于所述透镜的光轴的预定平面中，
与所述透镜的凸表面形成紧密接触；并且
固定所述透镜阵列的侧表面。
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