CN108369322B - 光缆用收发装置及其对齐方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的实施例涉及一种光收发装置，其能够最小化与基板的光源或者光检测器间的对齐误差，使小型化成为可能，无需额外的引导部件，可节约制造成本，不仅可满足超小型的设计条件，而且能够更加有效地进行光收发。

Description

光缆用收发装置及其对齐方法
技术领域
本公开涉及一种光缆用收发装置及其对齐方法。
背景技术
以下叙述的内容仅作为本发明相关的背景技术而提供，并非用于实施背景技术。
远距离通信中广泛使用的基于光纤的信号发送方法由于具有不受电磁干涉(Electromagnetic Interference，EMI)的工作特性和宽带频率中的有效实用性等优点，广泛应用于包括需要高速，高密度数据发送的高画质数字视频显示装置在内的大容量数字媒体发送。
这种基于光纤的信号发送方法可通过构建将透镜和反射手段夹在光纤和光元件之间的结构而实现，为了实现这种结构，可使用将固定安装有光纤和反射手段及透镜的结构物设置在安装有光元件的基板上并进行光对齐的方法。
另外，通过这种光对齐方法制造的光收发装置根据使用何种方式对齐光元件、透镜、反射手段及光纤，可带来结构的简单化，节约产品生产成本，改善耐久性和精密度等，因此光对齐问题十分重要。
但是，通过现有的方式进行光对齐并制作的光收发装置不仅价格昂贵(highcost)而且体积大，存在不易用于如智能手机的移动通信设备中的问题，而且由于具有复杂的结构，存在不能确保稳定性的问题。
申请人于2014年11月28日申请的韩国专利第2014-0168272号中提出了如图1a和图1b的光收发装置。
光收发装置包括：基板1210'，其预定位置上布置有光元件1215'，且具有第一基准孔A'和与所述第一基准孔A'相距第一间距而形成的第二基准孔B'；以及光纤固定块1300'，其固定安装有与光元件1215'进行光通信的光纤1340'和透镜部1320'，且具有插入第一基准孔A'的第一立柱C'和插入所述第二基准孔B'的第二立柱D'。
光纤1340'沿着引导面1310'插入。光元件1215'和透镜部1320'以垂直方向中心一致的形式对齐，透镜部1320'上侧安装有反射手段1330'。从光纤1340'射出的光通过反射手段1330'，发生折射，通过透镜部1320'发生聚光并向光元件1215'入射，相反从光元件1215'中射出的光通过透镜部1320'，发生聚光，并通过反射手段1330'，发生折射并向光纤1340'入射。
这种光收发装置具有收发兼用的优异的效率，但是也具有以下的缺点。
最近的内嵌式系统的标准符合标准IC封装件，光收发装置的全部高度应满足不足1mm的要求。该要求涉及的在设计和制造方面的最大的问题是当缩小透镜部的直径或者厚度时，其对应的聚光率下降，不能顺利地进行光收发。而且，如果在缩小外部尺寸的同时维持透镜部的尺寸，则在反射部发生光损失，由于向光纤入射的光的折射角变大，部分光不能通过光纤等不符合光学结构的统一性的问题。
在此，申请人认为使同时进行光收发的现有的装置满足新的标准存在局限性，并获得了如果将其改善为之提供光发送的光发送装置，则可满足超小型的设计条件的同时，能够更加有效地进行光发送的见解。
同时，公开了用于对齐光发送装置的透镜和基板的光源的方法。
以下基于这样的见解，对本公开进行说明。
发明内容
【技术问题】
由此本发明涉及的第一、第二实施例的目的是，提供一种符合超小型条件的光收发装置。
第一、第二实施例涉及的另一个目的是，通过提供全新方式的光收发装置，减少光收发装置的允许误差，通过实现光收发装置的小型化以谋求经济性、制造的便利性等。
第一、第二实施例涉及的另一个目的是，通过将光收发装置和基板的对齐工作误差限制在数微米以内，以通过一种可最小化的对齐方法。
本发明希望解决的技术问题不限于以上提及的技术问题，未提及的或者其他技术问题基于以下说明，本发明所属技术领域具有通常知识的技术人员也能够明确地理解。
【解决问题的手段】
根据第一实施例的一侧面，提供一种光发送装置，所述光发送装置包括：第一透镜；反射器，其布置在所述第一透镜上方且与第一透镜对齐；第二透镜，其对齐地布置在所述反射器的边上用以接收所述反射器中反射的光；以及外壳，其收容第一透镜，第二透镜及反射器，所述外壳为由下部的躯干和上部的外罩构成的分开的结构，所述外壳的高度不足1mm。
根据第一实施例的另一侧面，提供一种所述光发送装置的对齐方法，其包括：提供与所述光发送装置结合且包括光源的基板的步骤；在所述基板的第一基准孔上结合第一立柱的步骤；在所述基板的第二基准孔上结合第二立柱的步骤；以及将所述光发送装置的第一透镜和所述基板的光源进行对齐的步骤。
根据第二实施例的一侧面，提供一种光接收装置，其包括：聚光透镜；反射器，其位于所述聚光透镜上方且与所述聚光透镜对齐并布置；以及外壳，其收容聚光透镜和反射器，所述外壳的高度不足1mm，在所述外壳的底面的前方和后方的所定位置上分别向下延伸地安装有第一立柱和第二立柱。
根据第二实施例的另一侧面，提供一种光接收装置的对齐方法，其包括：提供与所述光发送装置结合且包括光源的基板的步骤；在所述基板的第一基准孔上结合第一立柱的步骤；在所述基板的第二基准孔上结合第二立柱的步骤；以及将所述光发送装置的第一透镜和所述基板的光源进行对齐的步骤。
【发明效果】
根据第一实施例，提供一种光发送装置，通过利用由多个透镜构成的透镜群，既能作为光发送器使用，又能满足超小型的设计条件，且能够更加有效地进行光发送。
根据第二实施例，提供一种光接收装置，其既能作为光接收器使用，又能满足超小型的设计条件，并且能够更加有效地进行光接收。
而且，基于本对齐方法的光发送装置能够最小化与基板的光源的对齐误差，既能够实现超小型化又无需其他引导副件，从而具有减少生产成本的效果。
此外，基于本对齐方法的光接收装置能够最小化与基板的光检测器的对齐误差，既能够实现超小型化又无需其他引导副件，从而具有减少生产成本的效果。
而且，此外，本发明的效果根据实施例可具有优异的耐久性等各种效果，其效果在后叙述的实施例的说明中可得到明确的确认。
附图说明
图1a是现有技术涉及的光收发装置的透视图。
图1b是图1a的侧视图。
图2是图示第一实施例涉及的光发送装置的光发送原理的示意图。
图3是第一实施例的光发送装置的全部外观的透视图。
图4(a)和图4(b)是第一实施例的光发送装置的躯干的左侧视图和俯视图。
图5(a)和图5(b)是第一实施例的光发送装置的外罩的左侧视图和俯视图。
图6(a)和图6(b)是图示第一实施例的由躯干和外罩构成的外壳连接在基板上的左侧视图和俯视图。
图7(a)至图7(c)作为将第一实施例涉及的光发送装置对齐在基板上的方法的示意图，图7(b)是固定有第一立柱时的原理图，图7(c)是固定有第二立柱时的原理图。
图8是图示第二实施例涉及的光接收装置的光接收原理的示意图。
图9是第二实施例的光接收装置的全部外观的透视图。
图10(a)和图10(b)是第二实施例的光接收装置的左侧视图和俯视图。
图11是图示第二实施例的外壳连接在基板上的左侧视图。
图12(a)至图12(c)是作为将第二实施例涉及的光接收装置对齐在基板上的方法的示意图，图12(b)是固定有第一立柱时的原理图，图12(c)是固定有第二立柱时的原理图。
具体实施方式
以下通过示例型的附图对本发明的部分实施例进行详细说明。在赋予各附图的组成要素的附图标记的过程中，对于相同的组成要素，即使在不同的附图中表示，也尽量使用了相同的附图标记。此外，在说明本发明的过程中，当判断对众所周知的结构或者功能的说明可能会混淆本发明的主旨时，可省略对其详细说明。
此外，在说明本发明的组成要素的过程中，可使用第1、第2，A、B等用语。该用语只是用于将其组成要素与其他组成要素进行区别，不是用于限定所述组成要素的本质或者次序或者顺序等。在贯穿说明书全部中，当某一部分被表述为“包括”、“具备”组成要素时，只要没有特别指出相反的记载，则不意味着排除其他组成要素而是意味着还包括其他组成要素。
当一组成要素与另一组成要素被记载为“连接”，“结合”或者“接合”时，虽然理解为，该组成要素可与另一组成要素直接连接或者接触，但是也可以理解为，各组成要素之间“连接”，“结合”或者“接合”有其他组成要素。
此外，附图中图示的组成要素的尺寸或者形状等出于说明的明确性和方便性，图示时可能被夸大。而且，出于说明本发明的组成要素和作用的考虑而特别定义的用语，仅仅是为了说明本发明的实施例，并非用于限定本发明的范围。
本发明的实施例涉及的光缆用收发装置可分别制成两个不同的模块。一个模块为用于将电信号转换为光信号，将转换的光信号通过外部的光缆进行发送的发送装置。另一模块为通过外部的光缆接收光信号，将接收的光信号转换为电信号的接收装置。本发明的实施例涉及的光缆用发送装置通过第一实施例进行说明，光缆用接收装置通过第二实施例进行说明。
以下，对本公开的第一实施例中公开的光发送装置1的原理、结构及对齐方法依次进行说明。
1.光发送的原理
首先，参照图2，以本公开的第一实施例的光发送装置1的光学结构为中心对光发送原理进行说明。
本公开的光发送装置1面向安装有作为光元件的光源12(light source)的基板10，并包括透镜群20、反射器14及光缆30。透镜群20包括安装在光源12与反射器14之间的第一透镜22和安装在反射器14与光缆之间的第二透镜24。光缆30中插入有光纤32，反射器14优选为棱镜，但不限于此。
为了使光源12、第一透镜22及反射器14的中心相互一致，三个部件在高度方向上需要对齐。类似于此，为了使反射器14和第二透镜24的中心与光缆30的光收容部中心一致，三个部件在水平方向上需要对齐。申请人的在先申请的韩国专利申请第2014-0168272号和2013-0146599号中公开了光源12与第一透镜22的对齐方法，在这里作为参照，可合并在本申请的内容中。
第一透镜22优选为准直透镜(collimating lens)，第二透镜24优选为聚光透镜(focusing lens)。通过准直透镜的光变为表面波并形成平行光，通过聚光透镜的光被聚光并集束。因此，如图所示，光源12中发出的光通过第一透镜22形成平行路径，并向反射器14入射，反射器14中反射的光向附图的右侧平行进行，并通过第二透镜24耦合后，射入作为纤芯的光纤32的聚光部。
多个光源12以一列对齐在基板上。这种情况下，分别基于各自的光源12安装多个第一透镜22和第二透镜24并形成一列。
本公开的光发送装置1的特征在于，利用由第一透镜22和第二透镜24的多个透镜构成的透镜群20。在满足高度为1mm以下的超小型设计条件下，如果维持在光源和反射器之间仅仅布置聚光透镜的单一透镜结构，则透镜的尺寸变小，光路径尤其需要突破较小高度的光路径被缩短，从光源中射出的光无法准确地聚集在反射器中，反射器中反射的光的一部分也以超过光纤内可能突破的全反射临界值的形式射入，导致向金属保护层外部散射，发生光损失。但是，本公开的光发送装置1利用由第一透镜22和第二透镜24的多个透镜构成的透镜群20，脱离同时收发的现有装置，作为进行光发送的光发送器使用，可充足超小型的设计条件，可更加有效地进行光发送。
第一透镜22的主功能为缩小将光源12中射出的光的扩散角，分散第二透镜24的集束弱化负担，同时起到扩大光对齐允许误差的作用。光信号耦合有关的透镜作业的分散可影响作为光纤的光导波限制条件的开口数(NA；Numerical Aperture)。这意味基于光的分散程度的透镜的弯曲程度可进行调整，尤其，如果利用第二透镜24将基于第一透镜22被准直的光进行聚光，则可使将光最大程度地耦合在光纤的NA上变得容易。
2.光发送装置的结构
图3是包括图2的结构的本公开的光发送装置1的全部外观的透视图。
光发送装置1包括安装有透镜群20和反射器14的外壳2。光发送装置1面向安装有光源12的基板10而结合。
外壳2通过大量四边形形成躯干3和外罩4的二分化结构。外罩4的上面设有用于注入如环氧树脂的粘合剂的孔40，外罩4的后面设有例如切削为梯形并用于引导光缆30的引导机构41。
外壳2的高度H不足1mm，为超小型。这小于通常的芯片厚度，本公开的光发送装置1有利于应用于厚度薄或体积小的装置上。
本公开的光发送装置1排除使用用于部件和光对齐的现有完成品，并且利用外壳2和基板10本身即可进行光对齐，可减少使用现有完成品而发生的对齐误差。外壳2可由注塑成型而制成，可容易地进行大量生产和组装。
图4(a)和图4(b)是光发送装置1的躯干3的左侧视图和俯视图。
躯干3包括长矩形的底面300、底面300的前端的前部延伸至中央的附近的高度高于底面300的左侧结合部310和右侧结合部312。底面300位于中间，底面300两侧由左侧结合部310和右侧结合部312支撑的结构。左侧结合部310由从前方向上突出的第一活板315、第一收容孔313及向上突出的第一阻挡部316构成，同样地，右侧结合部312由从前方向上突出的第二活板317、第二收容孔314及第二阻挡部318构成。整体上，左侧结合部310和右侧结合部312是相同形状的对称结构。
第一活板315和第二活板317在底面300上向上垂直延伸并分别在左右两侧基于外部保护第一透镜24和反射器14。阻挡部316、318和收容孔313、314是用于与外罩4的对应组件结合的部件。由此，左侧结合部310和右侧结合部312在提供透镜和反射器的保护框架的同时，还提供与外罩4接合的结构。因此，只要能够执行该功能，其大小、形状及位置可任意进行改变。
底面300与其结合部310、312优选形成一体，但不限于此。
左侧和右侧结合部310、312后侧的底面300上的开放空间300s通过与外罩4结合，提供可供光纤通过的空间，该空间基于在后叙述的外罩4的第三活板403和第四活板408被关闭，从而可提供稳定的光纤引导结构以避免外部冲击或者振动。
沿着底面300长度方向中心线的前方和后方的所定位置上分别向下即朝向基板形成有第一立柱302和第二立柱303。第一立柱302和第二立柱303是向下突出的圆柱形。图4(a)图示的例子中，为了吸收光对齐误差第一立柱302图示为向上直径逐渐地微小地减小的缩径型圆柱，第二立柱303图示为直径不变的正圆形立柱。第一立柱302的上部，即接近底面300的附近第一立柱302的直径大于第二立柱303的直径。这意味着以第一立柱302的高度方向的一基准点为中心在其上方第一立柱302的直径可大于第二立柱303的直径，在下方，第一立柱302的直径可小于第二立柱303的直径。
然后，本公开的躯干3利用反射器安装部301和第一透镜安装部304安装反射器14和第一透镜22。反射器安装部301如图4(a)所示，在底面300的前端向垂直方向立起。第一透镜安装部304相距反射器安装部301一定间距，在其前方形成，在底面300的下端延伸至略高于反射器安装部301的开始起点的高度之后平行地向前方延伸，整体上形成“┐”字形。反射器安装部301和第一透镜安装部304与底面300形成一体，或者以单元化模块另行制造并结合在底面300上。
第一透镜22以其凸出面向下方的形式朝安装在第一透镜安装部304的上面304a。反射器14以横穿所述上面304a的边缘和反射器安装部301的顶点并倾斜地安装。当安装多个第一透镜22时如图4(b)所示，沿着上面304a以一定的间隔设成一列。这种情况下，反射器14只要提供一定的反射面，也可以设置一个单一的棱镜。
反射器安装部301和第一透镜安装部304作为用于提供适应本公开的光发送装置1的光路径的收容第一透镜22和反射器14的部件，参照图2说明的在执行光传递功能的范围内，可自由改变形状、尺寸及位置。
根据本公开可知，通过第一透镜22和反射器14安装在躯干3上，第二透镜24安装外罩4上的分开的结构，可容易地设计并制造适用于小型化尺寸的紧凑型光发送装置。
图5(a)和图5(b)是光发送装置1的外罩4的左侧视图和俯视图。
外罩4包括长矩形的，宽于底面300宽度的上面400。在上面400的下部并对应前面所述的躯干3的位置的左侧形成有左侧结合部420，而且在右侧形成有右侧结合部430。左侧结合部420由从前方向下突出的第三阻挡部401、第三收容孔402及向下突出的第三活板403构成，同样地，右侧结合部430由从前方向下突出的第四阻挡部406、第四收容孔407及向下突出的第四活板408构成。
左侧结合部420和右侧结合部430是用于提供光缆的保护框架且用于与躯干3的对应组件结合的部件。因此，只要执行该功能，可容易地改变其尺寸、形状及位置。而且，上面400与其结合部420、430优选形成一体，但不限于此。
如前面所述，在上面400的前方的宽度方向的中间点上设有用于注入如环氧树脂的粘合剂的孔40。通过孔40注入的环氧树脂可使光纤和外罩4的结合稳定，在结合过程中在第二透镜24的壁面和光纤的断面之间添加，可减少由光透过的面发生的反射。本公开中除了环氧树脂之外，还可以注入可连接光纤和注塑成型品且可进行光通信的其他粘度高的材料。假设，替代环氧树脂或者在其基础上另外注入折射率匹配油(index matching oil)，可期待减少从光纤入射的光的NA的效果。
本公开的外罩4通过利用第二透镜安装部404安装第二透镜24。第二透镜安装部404如图5(a)所示，在上面300的前方，垂直向下立起。第二透镜24安装在第二透镜安装部404的前面404a。第二透镜24的安装高度以适合反射器14的位置的形式设定以全部收容反射器14中反射的光。如果第一透镜22为多数，如图5(b)所示，则第二透镜24也分别相对于第一透镜22是数量设置。
安装有第二透镜24和第二透镜安装部404的部位在外罩4上作为开放空间40s而被保留，该空间基于躯干3的所述第一活板315和第二活板317在左右进行关闭，从而可提供基于外部冲击或者振动的稳定的透镜系列结构。
第二透镜安装部404作为用于提供适应本公开的光发送装置1的光路径的收容第二透镜24的部件，参照图2说明的在执行光传递功能的范围内，可自由改变形状、尺寸及位置。
根据以上的本公开，通过躯干3和外罩4的分开的结构，可容易地设计并制造适用于小型化尺寸的紧凑型光发送装置。
而且，无需调整躯干3，假设，只通过改变安装在外罩4上的第二透镜24的位置，可调节与光纤间的间距或者调整至反射器14的反射光路径上，从而可方便地进行光对齐及矫正作业。
图6(a)和图6(b)是图示前面所述的由躯干3和外罩4构成的外壳2连接在基板10上的左侧视图和俯视图。为了方便说明图6(a)中各部件的右侧对应的附图符号用括号表示。
躯干3的第一活板315和第二活板317为了与外罩4的上面400接触而接合，并提供保护框架以从左右保护由第一透镜22、反射器14及第二透镜24构成的光学系。
躯干3的第一收容孔313和第二收容孔314内部分别可收容外罩4的第三阻挡部401及第四阻挡部406。而且，外罩4的第三收容孔402和第四收容孔407的内部可分别收容躯干3的第一阻挡部316和第二阻挡部318。该连续的凹凸结构的反复接合，可提供躯干3和外罩4的稳定且准确的接合，可最小化组装后的位置的错位。
而且，外罩4的第三活板403和第四活板408在关闭躯干3的空间300s的同时与底面300接触并接合，从而可基于外部冲击或者振动能够稳定地提供引导光纤的结构。
本公开的光发送装置的外壳2结构特征之一为，第一透镜22和反射器14安装在躯干3上，第二透镜24和光纤导入部安装在外罩4上。因此，在维持这种特征的情况下，假设，将第一活板和第二活板安装在外罩4上，第三活板和第四活板安装在躯干3上，而且将安装在躯干3和外罩4上的阻挡部和收容孔分别反向形成或者顺序互换等，基于本技术领域具有一般的知识的技术人员的水准可进行各种变形。
而且，虽然以光源12布置在第一立柱302和第二立柱303的外侧为前提进行了说明，如韩国专利申请第2014-0168272号中所公开当光源12布置在第一立柱302和第二立柱303的中间区域的情况，也能通过对外壳的结构进行适当的变形并进行应用。
再参照图6(a)和图6(b)，本公开的外壳2结合在基板10上。
基板10上形成有第一基准孔302a和第二基准孔303a以分别收容外壳2的第一立柱302和第二立柱303。第一立柱302和第二立柱303插入各自的第一基准孔302a和第二基准孔303a。第一立柱302为缩径型圆柱，当将第一立柱302插入第一基准孔302a时，开始插入时存在略微的多余空间。随着插入的进展，第一立柱302固定在第一基准孔302a上无间隙地接触的位置上。
具有该结合结构的本公开的光发送装置1如后面所述，可最小化在与基板10进行组装过程中发生的错位。
3.光发送装置的对齐方法
参照主要图示基板10的平面图的图7(a)至(c)图7(a)，对本公开的光发送装置的对齐方法的原理进行说明。
基板10上安装有光源12，基于对齐光源12形成有第一基准孔302a和第二基准孔303a。光源12、第一基准孔302a及第二基准孔303a的宽度方向(附图的上下方向)的中心线分别表示为111、112及113。光源12、第一基准孔302a和第二基准孔303a的长度方向(附图的左右方向)的中心线表示为114。“A”为中心线111和中心线112的间隔，“B”为中心线112和中心线113的间隔。
在高度不足1mm的超小型光发送装置1中，组装公公差的调整意味着除去数微米的错误，因此需要准确的对齐作业。通常，基板10根据标准或者配置被事先制作并提供。因此，在组装基板10和光发送装置1时的重点是根据位于基板10上的光源12最大限度地没有误差地对齐第一透镜22并进行组装。为此，理想的组装是以μm级以下的误差对齐各自的基准孔的中心和各自的立柱的中心。但是，实际组装工艺中很难做到完美地接合。因此，该问题的解决方案是，通过固定第一立柱302和第二立柱303中的任意一个，消除该立柱的公差，仅仅使剩余的立柱的公差对应与光源12对齐的第一透镜22的位置产生影响，从而可将误差减少至最小。
图7(b)是无晃动地固定第一立柱302时的原理图。A：B＝1：8，假设第二立柱303位于以第二基准孔303a的中心向上偏向20μm的位置。该情况下，第一透镜22相对光源12错位的距离根据比例式为向下2.5μm。
图7(c)是无晃动地固定第二立柱303时的原理图。A：B＝1：8，假设第一立柱302位于以第一基准孔302a的中心向上偏向20μm的位置。该情况下，第一透镜22相对光源12错位的距离根据比例式为向上22.5μm。。
因此，至少光源12相对所有基准孔布置在外侧的情况下，固定接近光源12的第一立柱302相比于固定第二立柱303，最终可减少9倍的误差。上述原理不仅可应用于立柱基于基准孔中心的向上错位，而且同样可应用于立柱基于基准孔中心的向下或者向左或右方向错位的情况。
对于本发明所属技术领域具有通常知识的技术人员而言可知，A：B的比例关系越大，即立柱间的距离越远或者第一立柱越靠近光源或者第一透镜，则能够最小化组装误差。
本公开的光发送装置1为了将第一立柱302固定在第一基准孔302a中，如上所述，将第一立柱302设计为缩径型圆柱，当将第一立柱302插入第一基准孔302a时，开始插入时存在略微的多余空间。随着插入的进展，第一立柱302固定在第一基准孔302a上无间隙地接触的位置上。
固定位置可能是第一立柱302和第一基准孔302a的直径相同的地点。但是假设立柱为注塑成的，则具有加压时压缩变形并插入而压力解除时基于弹性复原力欲恢复为原型的性质。因此，固定位置可以是第一立柱302的直径略大于第一基准孔302a的直径的位置，该多余空间可使第一立柱302的固定作业容易进行。
基于上述内容，第一立柱302的直径大于第一基准孔302a的直径的范围至小于第一基准孔302a的直径的范围优选设计为缩径形，以使其连续第发生变化。
如果固定第一立柱302的位置，则只有第二立柱303的位置对光源与透镜的对齐产生影响，后者的产生影响与第一立柱302或者两个立柱302、303全部从基准孔的中心错位从而对透镜产生偏差相比十分小。因此，可将光源和透镜的对齐作业的误差限制在数微米内，从而可最小化。
以下，对本公开的第二实施例中公开的光发送装置1'的原理、结构及对齐方法依次进行说明。
1.光接收的原理
首先参照图8，以作为本公开的第二实施例的光接收装置1'的光学结构为中心对光接收的原理进行说明。
本公开的光接收装置1'面向安装有作为光接收元件的光检测器12'(lightdetector)的基板10'，包括透镜20'、反射器14'及光缆30'。透镜20'安装在光检测器12'和反射器14'之间。光缆30'中插入有光纤32'。反射器14'优选为棱镜，但不限于此。
为了使光检测器12'、透镜20'及反射器14'的中心相互一致，三个部件在高度方向上进行对齐。类似地，为了使反射器14'和光缆30'的光发送部中心点一致，两个部件在水平方向进行对齐。
透镜20'优选为聚光透镜(focusing lens)。通过聚光透镜的光被聚光且集束。因此，如图所示，光纤32'中射出的光射入反射器14'，反射器14'中直角反射的光向附图的下方进行，通过透镜20'并耦合，并射入光检测器12'。
多个光检测器12'在基板上可呈一列地对齐。该情况下多个透镜20'根据各自的光检测器12'呈一列地安装。
设计既满足高度为1mm以下的超小型的设计条件又满足同时执行光收发功能的光收发装置是十分艰难的，如果维持单一透镜结构的同时缩小透镜的尺寸，并作为光接收装置使用，则可知能够获得现有技术以上的光接收效率。另外，光发送装置利用多个透镜群，将光准确地集束在光纤的聚光部并进行发送，这一点十分重要。
2.光接收装置的结构
图9是包括图8的结构在内的本公开的光接收装置1'的全部外观透视图。
光接收装置1'包括安装有透镜20'和反射器14'的外壳2'。光接收装置1'朝向安装有光检测器12'的基板10'而接合。
外壳2'的高度H为不足1mm的超小型。这是小于一般芯片的厚度，因此本公开的光接收装置1'有利于应用于厚度薄或尺寸小的装置上。
本公开的光发送装置1'排除使用用于部件和光对齐的现有完成品，并且利用外壳2'和基板10'本身即可进行光对齐，可减少使用现有完成品而发生的对齐误差。外壳2'可由注塑成型而制成，可容易地进行大量生产和组装。
引导面41'是用于将光纤32'向外壳2'的内部中央引导的引导面。
图10(a)和图10(b)是光接收装置1'的外壳2'的左侧视图和俯视图。
通过外壳2'的引导面41'规定的空间的光纤32'，优选地，通过中央引导面411'规定的空间，并位于朝向反射器14'的位置上。反射器14'的下方在图示的例子中4个透镜20'沿着外壳2'的宽度方向排成一列。该排列例如，当将多个光纤32'置于引导面41'之间的位置上时或者即使一个光纤32'的位置发生错位，也可以使光纤32'出射出的光在反射器14'中发生折射并朝向某一个透镜20'，因此，可具有灵活性以及有利于提高设计自由度。
沿着外壳2'的底面200'的长度方向中心线，在前方和后方的所定位置上，分别向下即朝向基板形成有第一立柱302'和第二立柱303'。第一立柱302'和第二立柱303'是向下部凸出的圆柱形。图10(a)中图示的例子中，为了吸收光对齐的误差，第一立柱302'图示为随着向下直径逐渐轻微的减小的缩径型圆柱，第二立柱303'图示为直径相同的正圆形圆柱。第一立柱302'的上部，即接近底面200'的附近，第一立柱302'的直径大于第二立柱303'直径。这意味着以第一立柱302'的高度方向的一基准点为中心在其上方第一立柱302'的直径可大于第二立柱303'的直径，在下方，第一立柱302'的直径可小于第二立柱303'的直径。
图11是图示外壳2'连接在基板10'上的左侧视图。
基板10'上形成有第一基准孔(302a')和第二基准孔(303a')以分别收容外壳2'的第一立柱302'和第二立柱303'。第一立柱302'和第二立柱303'插入各自的第一基准孔302a'和第二基准孔303a'。第一立柱302'为缩径型圆柱，当将第一立柱302'插入第一基准孔302a'时，开始插入时存在略微的多余空间。随着插入的进展，第一立柱302'固定在第一基准孔302a'上无间隙地接触的位置上。
具有该结合结构的本公开的光接收装置1”如后面所述，可最小化在与基板10'进行组装的过程中发生的错位。
3.光接收装置的对齐方法
参照主要图示基板10'的平面图的图12(a)至图12(c)，对本公开的光接收装置的对齐方法的原理进行说明。
基板10'上安装有光检测器12'，基于对齐光检测器12'形成有第一基准孔302a'和第二基准孔303a'。光检测器12'、第一基准孔302a'及第二基准孔303a'的宽度方向(附图的上下方向)中心线分别表示为111'、112'及113'，光检测器12'、第一基准孔302a'及第二基准孔303a'的长度方向(附图的左右方向)中心线表示为114'。“K”是中心线111'与中心线112'的间隔，“L”是中心线112'与中心线113'的间隔。
在高度不足1mm的超小型光接收装置1'中，组装公差的调整意味着除去数微米的错误，因此需要准确的对齐作业。通常，基板10'根据标准或者配置被事先制作并提供。因此，在组装基板10'和光接收装置1'时的重点是根据位于基板10'上的光检测器12'最大限度地没有误差地对齐透镜20'并进行组装。为此，理想的组装是以μm级以下的误差对齐各自的基准孔的中心和各自的立柱的中心。但是，实际组装工艺中很难做到完美地接合。因此，该问题的解决方案是，通过固定第一立柱302'和第二立柱303'中的任意一个，消除该立柱的公差，仅仅使剩余的立柱的公差对应与光检测器12'对齐的透镜20'的位置产生影响，从而可将误差减少至最小
图12(b)是无晃动地固定第一立柱302'时的原理图。K：L＝1：8，假设第二立柱303'位于以第二基准孔303a'的中心向上偏向20μm的位置。该情况下，透镜20'相对于光检测器12'发生错误的距离根据比例式为向下2.5μm。
图12(c)是无晃动地固定第二立柱303'时的原理图。K：L＝1：8，假设第一立柱302'位于以第一基准孔(302a')的中心向上偏向20μm的位置。该情况下，透镜20'相对于光检测器12'发生错误的距离根据比例式为向上22.5μm。
因此，至少光检测器12'相对所有基准孔布置在外侧的情况下，固定接近光检测器12'的第一立柱302'相比于固定第二立柱303'，最终可减少9倍的误差。上述原理不仅可应用于立柱基于基准孔中心的向上错位，而且同样可应用于立柱基于基准孔中心的向下或者向左或右方向错位的情况。
对于本发明所属技术领域具有通常知识的技术人员而言可知，K：L的比例关系越大，即立柱间的距离越远或者第一立柱越靠近光源或者第一透镜，则能够最小化组装误差。
本公开的光接收装置1'为了将第一立柱302'固定在第一基准孔302a'中，如上所述，将第一立柱302'设计为缩径型圆柱，当将第一立柱302'插入第一基准孔302a'时，开始插入时存在略微的多余空间。随着插入的进展，第一立柱302'固定在第一基准孔302a'上无间隙地接触的位置上。
固定位置可能是第一立柱302'和第一基准孔302a'的直径相同的地点。但是假设立柱为注塑成的，则具有加压时压缩变形并插入而压力解除时基于弹性复原力欲恢复为原型的性质。因此，固定位置可以是第一立柱302'的直径略大于第一基准孔302a'的直径的位置，该多余空间可使第一立柱302'的固定作业容易进行。
基于上述内容，第一立柱302'的直径大于第一基准孔302a'的直径的范围至小于第一基准孔302a'的直径的范围优选设计为缩径形，以使其连续第发生变化。
如果固定第一立柱302'的位置，则只有第二立柱303'的位置对光源与透镜的对齐产生影响，后者的产生影响与第一立柱302'或者两个立柱302'、303'全部从基准孔的中心错位从而对透镜产生偏差相比十分小。因此，可将光源和透镜的对齐作业的误差限制在数微米内，从而可最小化。
以上虽然参照附图对本发明的优选实施例进行了说明，但是本公开可基于实施例在相同的技术思想的范围内对形状、位置、尺寸及排列进行各种变形。因此，本公开的权力范围不受限于上述特定的实施例，本公开的保护范围为与以下权利要求书相同范围甚至应理解为延伸到与其等同的范围。
相关申请的交叉参考
依据美国专利法119(a)条(35U.S.C.119(a))，本专利申请要求对2015年12月15日向韩国专利局提交的专利申请第10-2015-0179014号和2015年12月15日向韩国专利局提交的专利申请第10-2015-0179030号的优先权，其所有内容作为参考文献包含在本专利申请中。同时，根据上述理由本专利申请同样可以在美国以外的其他国家要求优先权，因此其所有内容作为参考文献也包含在本专利申请中。

Claims (14)

1.一种光发送装置，所述光发送装置包括：
第一透镜，其设置为准直从光源射出的光；
反射器，其布置在所述第一透镜上方且与第一透镜对齐并设置为反射从所述第一透镜射出的准直光；
第二透镜，其对齐地布置在所述反射器的边上并设置为向光纤发送反射光；以及
外壳，其收容第一透镜，第二透镜及反射器，
所述外壳为由下部的躯干和上部的外罩构成的分开的结构，所述躯干设置为安装有所述第一透镜和所述反射器，所述外罩设置为安装有所述第二透镜，以及
所述外壳的高度不足1mm，
所述外壳通过连接两个光路径来提供光源和光纤之间的连续光路径，两个所述光路径中的一个由所述第一透镜和所述反射器形成，两个所述光路径中的另一个由所述第二透镜形成以支持光纤导入；
所述光源、所述第一透镜和所述反射器的中心对齐，以准直从所述光源到所述反射器的光，以及
所述反射器和所述第二透镜的中心对齐，以将从所述反射器反射的光聚焦到所述光纤上，以完全收容反射光。
2.如权利要求1所述的光发送装置，其特征在于，
所述外罩上形成有用于注入环氧树脂或者折射率匹配油的槽。
3.如权利要求1所述的光发送装置，其特征在于，
所述第一透镜为准直透镜，所述第二透镜为聚光透镜。
4.如权利要求1所述的光发送装置，其特征在于，
所述躯干包括用于安装所述反射器的反射器安装部和用于安装所述第一透镜的第一透镜安装部。
5.如权利要求4所述的光发送装置，其特征在于，
所述反射器安装部在所述躯干的底面上垂直地立起，所述第一透镜安装部相距所述反射器安装部一定间隔，在其前方所述底面上向上延伸后平行地向前方延伸。
6.如权利要求5所述的光发送装置，其特征在于，
所述第一透镜以凸出面向下的形式在所述第一透镜安装的上面安装，所述反射器以横穿所述上面的边缘和所述反射器安装部的顶点的形式倾斜地安装。
7.如权利要求1所述的光发送装置，其特征在于，
所述外罩包括用于安装第二透镜的第二透镜安装部。
8.如权利要求7所述的光发送装置，其特征在于，
所述第二透镜安装部位于所述外罩的上面并垂直向下立起，所述第二透镜安装在第二透镜安装部的前面。
9.如权利要求6所述的光发送装置，其特征在于，
所述躯干包括从所述底面的前方延伸至中央附近的躯干左侧结合部和躯干右侧结合部，所述躯干左侧结合部和所述躯干右侧结合部作为相同的对称结构，各自包括至少一个活板、收容孔及阻挡部，
所述活板从所述底面向上延伸从而可提供保护框架以分别从左右至少基于外部保护所述第一透镜和所述反射器，
所述躯干左侧和躯干右侧结合部后方的底面的开放空间与所述外罩协作，从而提供可供光纤通过的空间。
10.如权利要求9所述的光发送装置，其特征在于，
所述外罩包括上面，所述上面形成有与所述躯干的所述躯干左侧结合部和所述躯干右侧结合部对应的外罩左侧结合部和外罩右侧结合部，所述外罩左侧结合部和所述外罩右侧结合部以相同的对称结构分别包括至少一个活板，收容孔及阻挡部。
11.如权利要求1所述的光发送装置，其特征在于，
所述外壳的所述躯干的底面的前方和后方的所定位置上分别向下延伸地安装有第一立柱和第二立柱。
12.如权利要求11所述的光发送装置，其特征在于，
所述第一立柱和所述第二立柱为圆柱状。
13.如权利要求12所述的光发送装置，其特征在于，
所述第一立柱为直径随着向下轻微地边小的缩径型圆柱，第二立柱为直径一致的正圆形圆柱。
14.如权利要求13所述的光发送装置，其特征在于，
所述第一立柱的直径在接近所述躯干的底面的附近大于第二立柱的直径。
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