CN110082870B - To-can管帽 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种TO‑CAN管帽。所述TO‑CAN管帽包括：管壳，所述管壳具有中空柱形结构，并且所述管壳的内壁在所述管壳的轴向方向的第一端部处具有凸出部；以及光学透镜，所述光学透镜具有用于折射光线的光学部和所述光学部周边的肋部，所述肋部的侧表面具有与所述凸出部互补的凹陷部，其中，所述管壳和所述光学透镜通过所述凸出部和所述凹陷部彼此连接。本申请提供的技术方案无需粘合剂即可实现管壳和光学透镜的连接固定，减少了装配工序并且降低了成本。

Description

TO-CAN管帽
技术领域
本申请涉及光学元件领域，具体地，涉及一种TO-CAN管帽。
背景技术
随着5G通信、物联网等技术的发展，通讯对高性能光模块的需求与日俱增。光模块作为通讯的主要部件，业内对其性能的要求也在逐步提高。典型的光通讯设备一般具有这样的结构：光芯片安装到光通讯器件，再由光通讯器件组装为光通讯模块，最后光通讯模块应用于光通讯设备。在本领域中，TO-CAN管帽是光通讯中的重要光耦合部件。工作时，TO-CAN管帽所包裹的光学发光器件发射出的光经过管帽中的透镜进行汇聚，并随后入射到光纤端。入射至光纤端的光经由光纤进行传输，从而实现光通讯。TO-CAN管帽性能的优劣将会影响光的传输效果。
发明内容
本申请提供了一种TO-CAN管帽。所述TO-CAN管帽包括：管壳，所述管壳具有中空柱形结构，并且所述管壳的内壁在所述管壳的轴向方向的第一端部处具有凸出部；以及光学透镜，所述光学透镜具有用于折射光线的光学部和所述光学部周边的肋部，所述肋部的侧表面具有与所述凸出部互补的凹陷部，其中，所述管壳和所述光学透镜通过所述凸出部和所述凹陷部彼此连接。
根据本申请实施方式，所述管壳包括：第一区段，所述第一区段邻近所述第一端部并且具有第一壁厚；以及第二区段，所述第二区段与所述第一区段连接并且相较于所述第一区段远离所述第一端部，所述第二区段具有小于所述第一壁厚的第二壁厚。
根据本申请实施方式，所述凸出部位于所述第一区段内。
根据本申请实施方式，所述光学透镜的光学部的表面镀有增透膜。
根据本申请实施方式，所述光学透镜的物侧面和像侧面均为凸面。
根据本申请实施方式，所述光学透镜的有效焦距为f，所述光学透镜的像侧面的曲率半径为R2，且满足-1.3<f/R2<-0.7。
根据本申请实施方式，所述光学透镜的光学部的边缘厚度为ET，所述光学透镜在光轴上的中心厚度为CT，且满足0.5<ET/CT<1。
根据本申请实施方式，所述光学透镜在光轴上的中心厚度为CT，所述光学透镜的物侧面至所述光学透镜的成像面于光轴上的距离为TTL，且满足0<CT/TTL<0.5。
根据本申请实施方式，所述光学透镜的折射率为Nd，且满足1.6<Nd<1.9。
根据本申请实施方式，所述光学透镜的色散系数为Vd，且满足35<Vd<55。
根据本申请实施方式，所述光学透镜的物距为L1，所述光学透镜的像距为L2，且满足0mm<L1+L2<6mm。
根据本申请实施方式，所述凸出部沿所述管壳的轴向方向的宽度为b，且满足0.4mm≤b≤0.9mm。
根据本申请实施方式，所述第一区段的长度为h，且满足1.5mm≤h≤2.0mm。
根据本申请实施方式，所述管壳具有与所述第一端部相对的第二端部，在所述第二端部的外壁上具有环形凸缘。
本申请提供的技术方案无需粘合剂即可实现管壳和光学透镜的连接固定，减少了装配工序并且降低了成本。
附图说明
结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本申请的其他特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
图1示出了根据本申请实施方式的TO-CAN管帽的整体结构示意图；
图2示出了图1中的管壳的结构示意图；
图3示出了根据本申请实施例1中的光学透镜的结构示意图；
图4示出了根据本申请实施例2中的光学透镜的结构示意图；以及
图5示出了根据本申请实施例3中的光学透镜的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面作出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
应注意，在本说明书中，“上”、“下”等表述仅用于描述各个特征之间的相对位置关系，而不表示对特征的任何限制。另外，在本说明书中，诸如“第一”、“第二”等序数词仅用于区分不同的部件，而与重要性、顺序等无关。
在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了透镜的厚度、尺寸和形状。具体来讲，附图中所示的球面或非球面的形状通过示例的方式示出。即，球面或非球面的形状不限于附图中示出的球面或非球面的形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。
在本文中，若透镜表面为凸面且未界定该凸面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凸面；若透镜表面为凹面且未界定该凹面位置时，则表示该透镜表面至少于近轴区域为凹面。每个透镜最靠近被摄物体的表面称为该透镜的物侧面，每个透镜最靠近成像面的表面称为该透镜的像侧面。
还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
除非另外限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本文中明确如此限定，否则例如在常用词典中定义的术语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于形式化的含义进行解释。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。以下对本申请的特征、原理和其他方面进行详细描述。
图1示出了根据本申请实施方式的一种TO-CAN管帽的整体结构示意图。
参考图1和图2，本申请实施方式提供的TO-CAN管帽包括管壳1和光学透镜2。管壳1具有中空柱形结构。该柱形结构可具有纵长形状并且根据实际应用而具有多种横截面。例如，管壳1可具有圆柱形结构。管壳1的内壁在管壳1的轴向方向的第一端部处具有凸出部11。光学透镜2具有用于折射光线的光学部21和光学部周边的肋部22，肋部22的侧表面具有与凸出部11互补的凹陷部23。管壳1和光学透镜2通过凸出部11和凹陷部23彼此连接。因此，无需粘合剂即可实现管壳和光学透镜的连接固定，减少了装配工序并且降低了成本。
管壳1可由金属材料形成以便于散热。例如，管壳1可由不锈钢材质形成，或者由包覆氧化膜的金属形成。可例如通过车削工艺或者压铸工艺来制备管壳1。
光学透镜2可由玻璃或有机塑料形成并且具有光焦度。例如，可通过模压成型来一次性形成光学透镜2。光学透镜2可具有正屈光力以对透过的光线进行汇聚。光学透镜2的物侧面和像侧面可均为凸面。利用光学透镜2的这种配置，可以实现良好的光束耦合效果，获得较高的光束耦合效率。
如图1所示，TO-CAN管帽的工作距为L0。光学透镜2的物距为L1，像距为L2，并且共轭距为L。在下文中详述各光学参数的具体数值。根据本申请实施方式，可以在光学透镜2的一个或两个表面上镀有增透膜以提高光的透射率。
如图1和图2所示，管壳1沿其轴向方向分为第一区段D1和第二区段D2。在这两个区段中，靠近第一端部的第一区段D1具有第一壁厚a1。第二区段D2与第一区段D1连接并且相较于第一区段D1远离第一端部。第二区段D2具有第二壁厚a2，其中，a2＜a1。凸出部11位于第一区段D1内。如图2所示，管壳1在第二区段D2部分围绕形成第一容纳空间V1。第一容纳空间V1具有大于用于容纳光学透镜2的容积以便于容纳发光器件，例如激光发射器。
在管壳1的与第一端部相对的第二端部的外壁上，形成有环形凸缘3。环形凸缘3可用于与配套部件形成密封部以保证管帽内部的气密性。
如图2所示，第一区段D1的长度为h，其中，1.5mm≤h≤2.0mm。第一区段D1的外缘具有倒角C1。倒角C1可具有45°的倾角，并且其直角边可具有0.2mm的长度。凸出部11在其两侧具有倒角C2和C3。类似于倒角C1，倒角C2和倒角C3可具有45°的倾角并且倒角C2可具有0.2mm长的直角边，而倒角C3可具有0.1mm的直角边。凸出部11的内壁长度为b，其中，0.4mm≤b≤0.9mm。凸起部11的内表面距第一端部处的第一区段D1的内表面之间的长度为d。当第一端部处的第一区段D1的内表面与倒角C3的一个顶点平齐时，d＝0.1mm。
根据本申请实施方式，光学透镜的有效焦距为f，光学透镜的像侧面的曲率半径为R2，且满足-1.3<f/R2<-0.7。通过控制有效焦距f与像侧面的曲率半径R2的比值，可以较好的矫正波前像差，获得较高的耦合效率。
根据本申请实施方式，光学透镜的光学部的边缘厚度为ET，光学透镜在光轴上的中心厚度为CT，且满足0.5<ET/CT<1。通过控制边缘厚度ET与中心厚度CT的比值，使光学透镜具有较好的可加工性，有利于对实际加工中面型误差的控制。
根据本申请实施方式，光学透镜在光轴上的中心厚度为CT，光学透镜的物侧面至光学透镜的成像面于光轴上的距离为TTL，且满足0<CT/TTL<0.5。控制中心厚度CT与总长度TTL的比值，有利于镜片与管壳的结构配合，获得较好的气密性。
根据本申请实施方式，光学透镜的折射率为Nd，且满足1.6<Nd<1.9。通过控制光学透镜的折射率Nd，可以较好地矫正系统光学球差，获得较高的耦合效率。
根据本申请实施方式，光学透镜的色散系数为Vd，且满足35<Vd<55。通过控制光学透镜的色散系数Vd，可以较好地矫正色差，兼顾不同波长范围的激光发射器。
根据本申请实施方式，光学透镜的物距为L1，光学透镜的像距为L2，且满足0mm<L1+L2<6mm。通过控制L1+L2的长度，可以使激光发射器和接收光纤的NA(数值孔径)更好地匹配，从而获得较高的耦合效率。此外，通过这种配置，TO-CAN管帽内部的器件结构排布也更加合理。
根据本申请实施方式，光学透镜的物侧面和像侧面中的至少一个表面可以是非球面镜面。非球面透镜的特点是：从透镜中心到透镜周边，曲率是连续变化的。与从透镜中心到透镜周边具有恒定曲率的球面透镜不同，非球面透镜具有更佳的曲率半径特性，具有良好的光学特性。
虽然本申请的各个实施例均只示出了一个透镜，然而本领域技术人员可理解，在未背离本申请技术构思的情况下，可改变光学透镜的数量。例如，虽然在实施方式中以一个光学透镜为例进行了描述，但是该TO-CAN管帽不限于包括一个透镜。如果需要，该TO-CAN管帽还可包括其它数量的透镜。
下面参照图3-图5进一步描述可适用于上述实施方式的TO-CAN管帽中的光学透镜的实施例1-3。
实施例1
图3示出了实施例1的光学透镜的示意图。如图3所示，光学透镜的光学部包括物侧面S1和像侧面S2。在实施例1中，物侧面S1为凸面，像侧面S2为凸面。光学透镜具有正光焦度，其有效焦距f＝1.19mm，并且系统总长度TTL＝5.08mm。光学透镜的厚度E1为1.63mm。实施例1的光学透镜的各参数如以下表1所示。
表1
在实施例1中，光学透镜的物侧面S1和像侧面S2均为非球面，光学透镜的面型x可利用但不限于以下非球面公式进行限定：
其中，x为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的距离矢高；c为非球面的近轴曲率，c＝1/R(即，近轴曲率c为上表1中曲率半径R的倒数)；k为圆锥系数；Ai是非球面第i阶的修正系数。
下表2给出了可用于实施例1中各非球面镜面S1和S2的高次项系数A4、A6、A8、A10。
表2
面号 A4 A6 A8 A10
S1 -1.2853E-01 -5.5657E-01 1.7379E+00 -2.0931E+00
S2 2.5497E-01 -9.6548E-02 4.3053E-01 8.3096E-02
实施例2
图4示出了实施例2的光学透镜的示意图。如图4所示，光学透镜的光学部包括物侧面S1和像侧面S2。在实施例1中，物侧面S1为凸面，像侧面S2为凸面。光学透镜具有正光焦度，其有效焦距f＝1.20mm，并且系统总长度TTL＝5.23mm。光学透镜的厚度E1为1.40mm。实施例2的光学透镜的各参数如以下表3所示。
表3
下表4给出了可用于实施例2中各非球面镜面S1和S2的高次项系数A4、A6、A8、A10。
表4
面号 A4 A6 A8 A10
S1 -2.7902E-01 2.4078E-01 0.0000E+00 0.0000E+00
S2 1.1832E-01 3.9078E-02 3.0802E-02 7.6614E-02
实施例3
图5示出了实施例3的光学透镜的示意图。如图5所示，光学透镜的光学部包括物侧面S1和像侧面S2。在实施例3中，物侧面S1为凸面，像侧面S2为凸面。光学透镜具有正光焦度，其有效焦距f＝1.16mm，并且系统总长度TTL＝5.38mm。光学透镜的厚度E1为1.50mm。实施例3的光学透镜的各参数如以下表5所示。
表5
下表6给出了可用于实施例3中各非球面镜面S1和S2的高次项系数A4、A6、A8、A10。
表6
面号 A4 A6 A8 A10
S1 3.3996E-01 -2.3843E+00 -3.7094E+00 0.0000E+00
S2 1.4270E-01 9.9845E-02 -3.8975E-01 3.5345E-01
综上，实施例1至实施例3中TO-CAN管帽的参数分别满足表7中所示的关系。
表7
条件式/实施方式 1 2 3
f/R2 -0.74 -1.20 -1.15
ET/CT 0.77 0.65 0.80
CT/TTL 0.32 0.27 0.28
Nd 1.78 1.67 1.83
Vd 40.9 53.1 40.6
L1 1.15 1.00 0.85
L2 3.45 3.83 3.88
以上描述仅为本申请的较佳实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种TO-CAN管帽，其特征在于，所述TO-CAN管帽包括：
管壳，所述管壳具有中空柱形结构，并且所述管壳的内壁在所述管壳的轴向方向的第一端部处具有凸出部；以及
光学透镜，所述光学透镜具有用于折射光线的光学部和所述光学部周边的肋部，所述肋部的侧表面具有与所述凸出部互补的凹陷部，
其中，所述管壳包括第一区段，所述第一区段邻近所述第一端部，所述凸出部位于所述第一区段内，所述凸出部沿所述管壳的轴向方向的宽度小于所述第一区段的长度，所述光学透镜嵌入所述第一区段中，所述管壳和所述光学透镜通过所述凸出部和所述凹陷部彼此连接；
所述凸出部沿所述管壳的轴向方向的宽度为b，且满足0.4mm≤b≤0.9mm，所述第一区段的长度为h，且满足1.5mm≤h≤2.0mm；
所述光学透镜在光轴上的中心厚度为CT，所述光学透镜的物侧面至所述光学透镜的成像面于光轴上的距离为TTL，且满足0<CT/TTL<0.5；
所述光学透镜的有效焦距为f，所述光学透镜的像侧面的曲率半径为R2，且满足-1.3<f/R2<-0.7。
2.根据权利要求1所述的TO-CAN管帽，其特征在于，所述第一区段具有第一壁厚；
所述管壳还包括：
第二区段，所述第二区段与所述第一区段连接并且相较于所述第一区段远离所述第一端部，所述第二区段具有小于所述第一壁厚的第二壁厚。
3.根据权利要求1所述的TO-CAN管帽，其特征在于，所述光学透镜的光学部的表面镀有增透膜。
4.根据权利要求1所述的TO-CAN管帽，其特征在于，所述光学透镜的物侧面和像侧面均为凸面。
5.根据权利要求1所述的TO-CAN管帽，其特征在于，所述光学透镜的光学部的边缘厚度为ET，所述光学透镜在光轴上的中心厚度为CT，且满足0.5<ET/CT<1。
6.根据权利要求1所述的TO-CAN管帽，其特征在于，所述光学透镜的折射率为Nd，且满足1.6<Nd<1.9。
7.根据权利要求1所述的TO-CAN管帽，其特征在于，所述光学透镜的色散系数为Vd，且满足35<Vd<55。
8.根据权利要求1所述的TO-CAN管帽，其特征在于，所述光学透镜的物距为L1，所述光学透镜的像距为L2，且满足0mm<L1+L2<6mm。
9.根据权利要求1所述的TO-CAN管帽，其特征在于，所述管壳具有与所述第一端部相对的第二端部，在所述第二端部的外壁上具有环形凸缘。
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