CN109891291B - 光路转换部件 - Google Patents

Abstract

提供一种光路转换部件，该光路转换部件能够通过较少的操作工序高精度地进行定位和固定。本发明的光路转换部件(10)用于对配置在基板上的光输入输出部(20)和光传输线路(100)进行光耦合，该光路转换部件(10)具备：基体(11)，其配置在将光输入输出部(20)和光传输线路(100)之间连接的光路上；安装部(118、121)，其用于通过焊接安装到基板(CB)上。

Description

光路转换部件

相关申请的交叉引用

本申请主张2016年10月26日于日本专利申请的日本专利申请2016-209826的优先权，此申请的全部发明内容在此引入作为参照。

技术领域

本发明涉及一种光路转换部件，该光路转换部件用于对配置在基板上的光输入输出部和光传输线路进行光耦合。

背景技术

一直以来，已知有将经由透镜从基板侧输出的光与光纤进行耦合用的光路转换部件。这样的光路转换部件通过操作者的手等用粘合剂固定于基板。还已知有光路转换部件的定位方法，使形成在光路转换部件上的卡合部卡合到设置于基板侧的凹凸部。

例如，专利文献1记载的光模块中，金属箍和光电转换元件封装经由透镜进行光学耦合。专利文献2中，公开了一种通过将定位销与光路转换型光连接器的定位用孔和电路基板上的定位用孔嵌合，从而将光路转换型光连接器相对于电路基板进行定位的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-079175号公报；

专利文献2：日本特开2013-190815号公报。

发明内容

发明所要解决的问题

对于光耦合而言，即使微小的位置偏移也会产生大的光损失，因此从基板侧输出的光的出射面和光路转换部件之间需要高精度地进行定位。希望这样与定位有关的操作工序越少越好。

但是，通过操作者的手等将光路转换部件等载置于基板上并在之后用粘合剂在基板上固定光路转换部件等的方法难以进行高精度地进行定位和固定。专利文献2中记载的方法会增加操作工序。

本发明的目的是提供一种光路转换部件，能够通过较少的操作工序高精度地进行定位和固定。

用于解决问题的手段

解决上述问题的第一方面的光路转换部件用于对配置在基板上的光输入输出部和光传输线路进行光耦合，该光路转换部件具备：

基体，其配置在将上述光输入输出部和上述光传输线路之间连接的光路上；以及

安装部，其用于通过焊接安装到上述基板上。

在第二方面的光路转换部件中，上述基体一体地具备与上述光输入输出部的耦合面对置的第一透镜部。

在第三方面的光路转换部件中，上述基体一体地具备与上述光传输线路的耦合面对置的第二透镜部。

在第四方面的光路转换部件中，上述基体内部具备改变入射到上述基体的光的光路的反射部。

在第五方面的光路转换部件中，上述基体还具备凹部，上述凹部设置于与上述基板对置的面，并围绕配置在上述基板上的上述光输入输出部。

在第六方面的光路转换部件中，该光路转换部件具备至少两个上述安装部，

在连接两个上述安装部之间的直线上与上述光输入输出部的距离最短的点位于两个上述安装部之间。

在第七方面的光路转换部件中，上述安装部由金属构成。

在第八方面的光路转换部件中，上述安装部通过在树脂表面实施镀覆金属而构成。

在第九方面的光路转换部件中，该光路转换部件还具备弹性部，上述弹性部与由上述金属构成的所述安装部一体形成，用于对保持上述光传输线路的光连接器部件进行支撑。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够通过较少的操作工序高精度地进行定位和固定的光路转换部件。

附图说明

图1表示对保持光传输线路的光连接器部件进行支撑的状态的第一实施方式的光路转换部件。

图2是通过俯视来表示光连接器部件单体的立体图。

图3是通过俯视来表示第一实施方式的光路转换部件单体的立体图。

图4是图3沿IV-IV线的光路转换部件的剖视图。

图5是图3的光路转换部件单体的俯视图。

图6是将图1的光路转换部件、光传输线路和光连接器部件分解示出的分解立体图。

图7是通过俯视来表示第二实施方式的光路转换部件单体的立体图。

图8是通过俯视来表示第三实施方式的光路转换部件单体的立体图。

图9是图8沿IX-IX线的光路转换部件的剖视图。

具体实施方式

以下，边参照附图边对本发明的一实施方式进行说明。以下说明中的前后、左右、上下的方向是以图中箭头方向为基准的。

(第一实施方式)

图1表示对保持光传输线路100的光连接器部件200进行支撑的状态的第一实施方式的光路转换部件10。图2是通过俯视来表示光连接器部件200单体的立体图。

使用图1和图2，对光传输线路100和光连接器部件200进行说明。

如图1所示，光传输线路100是由多个光纤110构成的。各光纤110包含芯和包层，并且根据需要具有覆膜。各光纤110的波导模式可以为单模或多模。各光纤110可以为常用的单模光纤、色散位移单模光纤或者阶跃折射率多模光纤等任意种类的光纤。多个光纤110可以以由护套包覆的方式扎起来，也可以不扎起来。多个光纤110例如在光连接器部件200的内部，在左右方向排列为一列。光连接器部件200中排列的多个光纤110的芯的间隔与构成后述光路转换部件10的第二透镜部113的透镜的间隔大致一致。

光连接器部件200具有基部210和开口构成部220，该开口构成部220是以与基部210在前方连续的方式成型的。

如图2所示，在开口构成部220中，形成用于插入光传输线路100的开口部230。光连接器部件200在基部210内具有用于保持多个光纤110的保持部240。光连接器部件200在保持部240内具有多个引导槽250。多个引导槽250是用于分别保持构成光传输线路100的多个光纤110的槽。引导槽250的个数在构成光传输线路100的光纤110的个数以上。

光连接器部件200具有分别与多个引导槽250的后方连通的多个连通孔260。光连接器部件200在使光传输线路100的耦合面R1在连通孔260的后方露出的状态下保持光传输线路100。光连接器部件200具有用于与光路转换部件10连接的贯通孔270。贯通孔270以贯通开口构成部220和基部210的左右两端的方式，在光连接器部件200的左右两端形成。一对贯通孔270左右方向的宽度，与后述的光路转换部件10的一对突起115左右方向的宽度相等。

图3是通过俯视来表示第一实施方式的光路转换部件10单体的立体图。图4是图3沿IV-IV线的光路转换部件10的剖视图。图5是图3的光路转换部件10单体的俯视图。

光路转换部件10安装在电路基板CB(基板)上。更具体地，光路转换部件10以从上部覆盖配置在电路基板CB上的光输入输出部20的方式被固定。光路转换部件10对配置在电路基板CB上的光输入输出部20和光传输线路100进行光耦合。

光输入输出部20例如由发光元件或受光元件等光电转换元件构成。在光输入输出部20是发光元件的情况下，从光输入输出部20出射的光经由光路转换部件10入射到光传输线路100。相反的，在光输入输出部20是受光元件的情况下，从光传输线路100出射的光经由光路转换部件10入射到光输入输出部20。构成光输入输出部20的光电转换元件的个数与构成光传输线路100的光纤110的个数对应。以下，虽然说明了光输入输出部20由发光元件构成的情况，但是不限于此。光输入输出部20也可以由受光元件构成。在这种情况下，应当理解为以下说明的光的传播方向完全相反。

作为主要构成要素，光路转换部件10具有：树脂制的基体11，其配置在连接光传输线路100和光输入输出部20之间的光路上；金属制的支撑用金属件12，其以包围基体11的方式被压入。光路转换部件10具有将基体11的前半部凹陷一层形成的收纳部13。

基体11例如由热塑性聚酰亚胺(TPI)系树脂或者聚砜(PSU)系树脂等耐热性优异的透明树脂形成。基体11不限定于这些树脂，只要是能够耐受在回流焊接炉中对在电路基板CB上的图案(未图示)上涂布的焊膏进行加热熔融时的温度的树脂即可，可由任意树脂形成。

如图3及图4所示，基体11呈大致L字状。基体11以一体地具有第一透镜部111、反射部112、第二透镜部113、凹部114、突起115和卡合突起116的方式，成型为图示形状。基体11具有在反射部112的背面侧形成的空间117。

第一透镜部111在光路转换部件10被固定在电路基板CB上的状态下与光输入输出部20的耦合面R2对置。第一透镜部111位于光输入输出部20的耦合面R2的正上方，与耦合面R2接近。第一透镜部111具有由形成基体11的树脂构成的多个透镜。构成第一透镜部111的透镜的个数与构成光输入输出部20的发光元件的个数对应。构成第一透镜部111的透镜的间隔与构成光输入输出部20的发光元件的间隔对应。

为了改变入射到基体11的光的光路，反射部112形成在基体11的内部。更具体地，反射部112位于第一透镜部111的正上方。反射部112利用形成基体11的树脂的折射率和空间117中的空气的折射率之间的差值，将光全反射。

第二透镜部113在光路转换部件10支撑光连接器部件200的状态下与光传输线路100的耦合面R1对置。第二透镜部113位于光传输线路100的耦合面R1的后方，与耦合面R1接近。第二透镜部113具有由形成基体11的树脂构成的多个透镜。构成第二透镜部113的透镜的个数与构成光传输线路100的光纤110的个数对应。构成第二透镜部113的透镜的间隔与光连接器部件200中排列的多个光纤110的芯的间隔对应。

光路转换部件10通过第一透镜部111、反射部112和第二透镜部113调整光路。从光输入输出部20向上方出射的光被第一透镜部111准直。通过了第一透镜部111的光被反射部112以大致直角全反射。被反射部112向前方全反射的光通过第二透镜部113会聚。通过了第二透镜部113的光入射到光传输线路100。如上所述，光路转换部件10对配置在电路基板CB上的光输入输出部20和光传输线路100进行光耦合。

凹部114设置于基体11的与电路基板CB对置的面，即基体11的底面。凹部114围绕配置在电路基板CB上的光输入输出部20。凹部114由与光输入输出部20相比足够大的空间构成。

突起115在基体11的前表面的上半部，设置于左右两侧。光路转换部件10在支撑光连接器部件200时，突起115与在光连接器部件200的左右两端形成的贯通孔270卡合。光连接器部件200与光路转换部件10嵌合。通过突起115和贯通孔270，确定光连接器部件200相对于光路转换部件10的位置。更详细地，确定光传输线路100的耦合面R1相对于第二透镜部113的位置。

卡合突起116在基体11的左右两侧面分别设置一对。更具体地，卡合突起116在基体11的后半部的侧面，设置于中央附近和前端部。卡合突起116在支撑用金属件12被压入时，与后述卡合部125卡合。

支撑用金属件12以一体地具有用于将光路转换部件10固定在电路基板CB上的安装部121、弹性部122、压入部123、吸附面124和卡合部125的方式，成型加工成图示形状。

安装部121在支撑用金属件12的下端部，以呈大致L字状的方式向外侧突出设置。安装部121配置并焊接在形成于电路基板CB的图案上。安装部121与焊料接触的表面的一部分具有凹部126。例如，安装部121在大致L字状的最外边缘部的中心附近，具有俯视下呈大致半圆形地向内侧凹陷而成的凹部126。

图5中，安装部121例如在基体11的左右两侧分别各配置三个，共配置六个。例如，在连接规定的两个安装部121的直线上与光输入输出部20距离最短的点位于两个安装部121之间。例如，基体11的左前端的安装部121和基体11的左后端的安装部121沿基体11的左侧面与光输入输出部20相比分别配置在前方和后方。此时，在连接这两个安装部121之间的直线上与光输入输出部20距离最短的点位于两个安装部121之间。例如，基体11的左前端的安装部121和基体11的右后端的安装部121沿基体11的左右两侧面与光输入输出部20相比分别配置在前方和后方。此时，连接这两个安装部121之间的直线和光输入输出部20重叠，在该直线上与光输入输出部20距离最短的点，即各自重叠的该直线上的各点，位于两个安装部121之间。

弹性部122在支撑用金属件12的左右两侧面的前半部，向前方突出。弹性部122的前端部具有从前方向后方的向左右方向的内侧倾斜的倾斜面。弹性部122具有弹性。弹性部122从左右两侧夹住保持光传输线路100的光连接器部件200。

压入部123在支撑用金属件12的后半部以呈大致コ字状形成。当支撑用金属件12被压入基体11时，压入部123从上侧包围基体11。压入部123覆盖基体11的上表面和左右两侧面。

吸附面124由在支撑用金属件12的上表面构成。吸附面124与压入部123的上表面对应。吸附面124是用于未图示的搬送装置吸附并搬送光路转换部件10的面。光路转换部件10经由吸附面124由搬送装置进行搬送，并配置在电路基板CB上对应的位置。

卡合部125在支撑用金属件12后半部的左右两侧面分别贯穿设置一对。卡合部125分别形成在与基体11的卡合突起116对应的位置。卡合部125在支撑用金属件12被压入基体11时，与卡合突起116卡合。

收纳部13形成在基体11的前半部。收纳部13是由基体11前表面的上半部、基体11上表面的前半部和支撑用金属件12的弹性部122包围的空间。收纳部13是在光路转换部件10与光连接器部件200嵌合的状态下，收纳光连接器部件200的空间。

图6是将图1的光路转换部件10、光传输线路100和光连接器部件200分解示出的分解立体图。使用图6对使配置在电路基板CB上的光输入输出部20与光传输线路100进行光耦合的各部件的装配步骤进行说明。

支撑用金属件12压入在基体11上的光路转换部件10通过搬送装置被搬送到配置了光输入输出部20的电路基板CB上的对应的位置。更具体地，在电路基板CB上的对应的图案(未图示)上涂布的焊膏上载置有各安装部121。

在回流焊接炉中加热熔融各焊膏，各安装部121焊接在上述图案上。由此，完成光路转换部件10向电路基板CB的固定。

另一方面，光连接器部件200保持光传输线路100。之后，相对于支撑用金属件12的弹性部122，保持光传输线路100的光连接器部件200从前方被插入。在插入时，由于弹性部122具有弹性，弹性部122向左右外侧略微张开。若光连接器部件200完全插入弹性部122之间，则弹性部122恢复到原来的位置。由此，光连接器部件200收纳于收纳部13并且由弹性部122夹住。

如上所述，第一实施方式的光路转换部件10的基体11是由能耐受回流焊接温度的树脂形成的，因此能够焊接到电路基板CB。由此，光路转换部件10能够高精度地进行定位和固定。即，光路转换部件10的载置于焊膏的安装部121在回流焊接时因焊料的表面张力会向力的平衡位置自然移动，因此能够准确确定光路转换部件10相对于光输入输出部20的相对位置。换言之，，如果涂布在电路基板CB上的图案的焊料的量和配置等条件大致相同，那么光路转换部件10能够在电路基板CB上再现大致相同的配置。由此，光路转换部件10能够高精度地确定光输入输出部20的耦合面R2与第一透镜部111的相对位置。

光路转换部件10通过突起115和贯通孔270的卡合，能够准确确定光连接器部件200的位置。即，光路转换部件10能够高精度地确定光传输线路100的耦合面R1与第二透镜部113的相对位置。

光路转换部件10通过形成第一透镜部111，即使光输入输出部20的耦合面R2与第一透镜部111的相对位置略微偏移，也能够抑制整体耦合效率的下降。同样，光路转换部件10通过形成第二透镜部113，即使光传输线路100的耦合面R1与第二透镜部113的相对位置略微偏移，也能够抑制整体耦合效率的下降。

光路转换部件10不需要定位销等定位机构，能够通过回流焊接固定在电路基板CB上，因此能够减少操作工序及部件个数。对于光路转换部件10而言，一体形成弹性部122和安装部121。因此，不需要用于与光连接器部件200嵌合的追加构件，减少操作工序和部件个数。

光路转换部件10通过在安装部121设置凹部126，能够增大焊料和安装部121的接触面积，增强由上述表面张力带来的效果。对于光路转换部件10而言，通过在安装部121设置凹部126，剩余焊料流入该凹部126。由此，形成对于剩余焊料的焊料池，使光路转换部件10的固定更稳固。

通过使在连接两个安装部121的直线上，与光输入输出部20的距离最短的点位于两个安装部121之间，能够限制光路转换部件10以上下方向作为旋转轴进行旋转。即，在图5中，光路转换部件10通过焊接固定在电路基板CB时，通过如上述配置的安装部121，能够限制顺时针或逆时针的旋转。由此，光路转换部件10能够减少该旋转方向的位置偏移。

光路转换部件10通过使弹性部122的前端部成为倾斜面来提高嵌合光连接器部件200时的引导性。

(第二实施方式)

图7是通过俯视来表示第二实施方式的光路转换部件10单体的立体图。本实施方式的光路转换部件10在基体11与支撑用金属件12一同通过嵌件成型的方面，与第一实施方式不同。对于第二实施方式的光路转换部件10的其它构成和各构成部的功能，与第一实施方式相同。

如上所述，第二实施方式的光路转换部件10具有与上述第一实施方式的光路转换部件10同样的效果。在第二实施方式的光路转换部件10中，将支撑用金属件12不是压入而是通过嵌件成型安装到基体11，因此支撑用金属件12更稳固地被固定于基体11。

(第三实施方式)

图8是通过俯视来表示第三实施方式的光路转换部件10单体的立体图。图9是图8沿IX-IX线的光路转换部件10的剖视图。图8的本实施方式的光路转换部件10在支撑用金属件12不具有安装部121，而基体11具有安装部118的方面，与第一实施方式有很大的不同。第一实施方式和第二实施方式中，安装部121是金属制的支撑用金属件12的一部分，由金属构成。另一方面，第三实施方式中，安装部118是树脂制的基体11的一部分，如后所述，通过在树脂表面实施镀覆金属构成。以下，对与第一实施方式相同的构成要素赋予同一符号并省略说明。以与第一实施方式不同的方面为主进行说明。

本实施方式的光路转换部件10，在基体11的底面一体形成安装部118。安装部118是在形成基体11的树脂表面实施镀覆金属构成的。镀覆金属例如是由金、银、锡、锡铜合金、镍等材料构成的。镀覆金属例如是通过蒸镀、溅射、或镀树脂等方法实施的。安装部118的一部分从基体11的底面向外侧延伸出来。安装部118的其余的部分形成在基体11的底面。安装部118是在基体11的底面，通过从外侧向内侧延伸规定的宽度形成。安装部118与上述的安装部121相同，与焊料接触的表面的一部分具有凹部118a。例如，安装部118在最外边缘部的中心附近，具有俯视呈大致半圆形的向内侧凹陷而成的凹部118a。

本实施方式的光路转换部件10具有贯通孔119来代替突起115。贯通孔119以在基体11的上部从前后方向贯通基体11的方式形成在左右两侧。光路转换部件10还具有一对定位销14。一对定位销14被插入到一对贯通孔119。在光连接器部件200插入弹性部122时，定位销14被插入到贯通孔270。由此，光连接器部件200与光路转换部件10嵌合。

如上所述的第三实施方式的光路转换部件10具有与上述第一实施方式的光路转换部件10相同的效果。第三实施方式的光路转换部件10的安装部118还形成在基体11的底面侧，因此能够减少延伸到基体11的外侧延伸的部分的大小并且维持固定面积。由此，第三实施方式的光路转换部件10能够实现节省空间并且确保与第一实施方式相同的固定强度。

本发明在不偏离其主旨或其本质特征的情况下，对本领域技术人员是显而易见的是，能够通过除上述实施方式以外的其它规定的实施方式来实现。因此，以上记载是示例性的，并不限于此。发明的范围不是通过以上记述而是通过附加的权利要求而定义的。所有变更中的在其均等的范围内的变更均包含在其中。

例如，在上述的各实施方式中，安装部也可以是相对于被固定的电路基板CB垂直形成的。虽然说明了各安装部具有俯视呈大致半圆形的向内侧凹陷而成的凹部，但不限于此。各安装部例如在被焊接的部分的一部分也可以具有开口部。另一方面，也可以是各安装部不具有凹部或开口部，被焊接的部分呈平板状。

在上述的各实施方式中，安装部虽然在基体11的左右两侧分别各设置三个，但是不限于此。各安装部的个数只要能够将光路转换部件10固定在电路基板CB上即可，可以是任意的个数。各安装部在基体11的左右两侧的个数也可以不同。

光输入输出部20，可以不是由光电转换元件构成的，而是由在电路基板CB上形成的光波导路和反射镜构成的。在这种情况下，从光波导路向前方出射的光，被反射镜向上方反射一次，入射到光路转换部件10的第一透镜部111。之后，从光波导路出射的光与光传输线路100耦合。或者，从光传输线路100出射的光通过第一透镜部111被反射镜向后方反射，与光波导路耦合。

虽然说明了基体11一体地具有第一透镜部111和第二透镜部113，但是不限于此。只要能够使光输入输出部20和光传输线路100光耦合，基体11也可以一体地仅具有第一透镜部111和第二透镜部113中的任意一个的透镜部，还可以没有第一透镜部111和第二透镜部113。

附图标记说明

10 光路转换部件

11 基体

111 第一透镜部

112 反射部

113 第二透镜部

114 凹部

115 突起

116 卡合突起

117 空间

118 安装部

118a 凹部

119 贯通孔

12 支撑用金属件

121 安装部

122 弹性部

123 压入部

124 吸附面

125 卡合部

126 凹部

13 收纳部

14 定位销

20 光输入输出部

100 光传输线路

110 光纤

200 光连接器部件

210 基部

220 开口构成部

230 开口部

240 保持部

250 引导槽

260 连通孔

270 贯通孔

CB 电路基板

R1 耦合面

R2 耦合面

Claims (8)

1.一种光路转换部件，其用于对配置在基板上的光输入输出部和光传输线路进行光耦合，其中，所述光路转换部件具备：

基体，其具有第一侧面和第二侧面，配置在将所述光输入输出部和所述光传输线路之间连接的光路上；以及

4个安装部，针对所述第一侧面和所述第二侧面中的各侧面，相互分离地配置有两个，用于通过焊接安装到所述基板上，

在4个所述安装部通过焊接安装到所述基板上的状态下，所述基体和所述基板分离，

4个所述安装部以所述光输入输出部位于以针对所述第一侧面的两个安装部和针对所述第一侧面的两个安装部为顶点的区域内的方式，相互分离地配置，

各所述安装部具有沿着所述基板延伸并与所述基板相向且与焊料接触的表面。

2.如权利要求1所述的光路转换部件，其中，

所述基体一体地具备与所述光输入输出部的耦合面对置的第一透镜部。

3.如权利要求1或2所述的光路转换部件，其中，

所述基体一体地具备与所述光传输线路的耦合面对置的第二透镜部。

4.如权利要求1或2所述的光路转换部件，其中，

所述基体在内部具备改变入射到所述基体的光的光路的反射部。

5.如权利要求1或2所述的光路转换部件，其中，

所述基体还具备凹部，所述凹部设置于所述基体的与所述基板对置的对置面，并且围绕在所述基板上配置的所述光输入输出部。

6.如权利要求1或2所述的光路转换部件，其中，

所述安装部由金属构成。

7.如权利要求1或2所述的光路转换部件，其中，

所述安装部通过在树脂表面实施镀覆金属而构成。

8.如权利要求6所述的光路转换部件，其中，

该光路转换部件还具备弹性部，所述弹性部与由所述金属构成的所述安装部一体形成，用于对保持所述光传输线路的光连接器部件进行支撑。

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