CN114967000A - 光耦合结构、光耦合方法和摄像机模块 - Google Patents

光耦合结构、光耦合方法和摄像机模块 Download PDF

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CN114967000A CN202210053532.6A CN202210053532A CN114967000A CN 114967000 A CN114967000 A CN 114967000A CN 202210053532 A CN202210053532 A CN 202210053532A CN 114967000 A CN114967000 A CN 114967000A
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Abstract

本发明提供一种能提高组装时的对准的作业性、抑制制造成本的光耦合结构、光耦合方法、摄像机模块。光耦合结构是在具有发光部(21a)的发光元件(20)与光纤(30)之间进行光传输的光耦合结构，具备：基板(10)，其具有平行的背面(12)和正面(13)，且形成有在厚度方向上贯通的贯通孔(11)；发光元件，其在发光部具有球面透镜(22)，以球面透镜朝向贯通孔的内侧的方式安装于基板的背面；光纤，其在贯通孔的正面侧，使开口端(31)与发光元件相对地设置；有底筒状的套圈(40)，其包围并保持光纤的端部，并且底面(41a)抵接于基板的正面；以及有底筒状的调芯治具(50)，包围并保持套圈，并底面(51a)与基板的正面抵接而固定于正面。

Description

光耦合结构、光耦合方法和摄像机模块
技术领域
本发明涉及光耦合结构、光耦合方法和摄像机模块。
背景技术
以往，作为传送数据的通信方式之一，使用基于非接触方式的临近空间光传输。临近空间光传输是将影像、声音等电信号转换为光信号并传送，在接收侧再次变回电信号而使用的传输方式(例如，参照专利文献1)。具体而言，将电信号作为光信号从激光二极管等发光元件发出，经由光纤等传送单元传送至接收装置，在接收装置中，将光信号转换为电信号而使用。
另外，在以往的用于使用光的通信的光耦合结构中，通过在发光元件与光纤之间设置用于抑制从发光元件发出的光的扩散的透镜来抑制光的损失，提高光向光纤的入射效率，从而提高通信的可靠性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-064430号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
在光耦合结构中，由于光具有直行性优异这样的特征，所以需要提高发送接收光的部件的位置精度。然而，在以往的光耦合结构中，在组装发光元件、透镜、光纤等部件时，将发光元件、透镜、光纤的倾斜和位置对齐的对准的作业变得繁杂，且花费时间，因此存在制造成本变高的问题。
因此，本发明着眼于上述那样的问题点，其目的在于提供一种能够提高组装时的对准的作业性、抑制制造成本的光耦合结构、光耦合方法、摄像机模块。
用于解决问题的技术手段
本发明的光耦合结构是在具有发光部或受光部的光电元件与光纤之间进行光传输的光耦合结构，包括：基板，所述基板具有平行的第一面和第二面，且形成有在厚度方向上贯通的贯通孔；所述光电元件，所述光电元件在所述发光部或所述受光部具有光学器件，所述光电元件以使所述光学器件朝向所述贯通孔的内侧的方式安装于所述基板的所述第一面；所述光纤，所述光纤位于所述贯通孔的所述第二面侧，且所述光纤的开口端与所述光电元件相对设置；有底筒状的套筒，所述套筒包围并保持所述光纤的端部，且所述套筒的底面与所述基板的所述第二面抵接；以及有底筒状的调芯治具，所述调芯治具包围并保持所述套筒，且所述调芯治具的底面与所述基板的所述第二面抵接并被固定于所述第二面。
发明效果
本发明能够提供一种能够提高组装时的对准的作业性、抑制制造成本的光耦合结构、光耦合方法、摄像机模块。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的光耦合结构的剖视图。
图2是示意性地表示具备图1所示的光耦合结构的摄像机模块的剖视图。
图3是示意性地表示图1所示的光耦合结构的变形例的剖视图。
图4是示意性地表示图1所示的光耦合结构的另一变形例的剖视图。
图5是示意性地表示图1所示的光耦合结构的又一变形例的剖视图。
符号说明
100、100A、100B、100C 光耦合结构
200 摄像机模块
10 基板
11 贯通孔
12 背面(第一面)
13 正面(第二面)
14 沉孔部
14a 沉孔部14的底面
15 PAD
20 发光元件(光电元件)
21a 发光部
22 球面透镜(光学器件)
22A 准直透镜(光学器件)
23、63 端子
30、30B 光纤
40 套筒
41a 底面
50 调芯治具
51a 底面
60 受光元件(光电元件)
61a 受光部
具体实施方式
参照图1、图2对本发明的一实施方式所涉及的光耦合结构、光耦合方法、摄像机模块进行说明。本实施方式的光耦合结构100能够广泛地应用于具有基板并且在具有发光部或受光部的光电元件与光纤之间进行光传输的结构，例如，能够在摄像机模块200中使用。另外，本实施方式的摄像机模块200例如能够应用于行车记录仪等车载用摄像机的摄像部件。
[光耦合结构以及光耦合方法]
如图1所示，光耦合结构100具备基板10、发光元件20(光电元件)、光纤30、套筒40以及调芯治具50。
在基板10形成有在厚度方向上贯通的贯通孔11，基板10具有：背面12(第一面)，其设置有安装发光元件20的PAD15；以及正面13(第二面)，其安装有光纤30。在基板10中，正面13与背面12平行，贯通孔11与正面13和背面12垂直。另外，在贯通孔11的背面12侧的开口部安装有发光元件20，在贯通孔11的正面13侧的开口部配置有光纤30的开口端31，由此，发光元件20与光纤30的开口端31相对。
此外，若来自发光元件20的光L在贯通孔11的内表面反射，则光L的相位变化可能是导致噪声的原因，因此优选不使发光元件20的光L反射到贯通孔11的内表面。因此，优选不对贯通孔11的内表面实施涂层等，以使得发光元件20的光L不反射。
发光元件20具有：发光元件主体21，其具有发光部21a；球面透镜22(光学器件)，其安装于发光元件主体21的发光部21a侧；以及端子23，其设置于发光部21a侧。另外，发光元件20以球面透镜22朝向基板10的贯通孔11的内侧的方式将球面透镜22侧的面安装于基板10的背面12。另外，在发光元件主体21的上表面(球面透镜22侧的面)设置有端子23。
另外，从发光元件主体21发出的光L被设计成通过球面透镜22聚光。球面透镜22考虑从发光元件20发出的光L的光量、扩散的程度、到光纤30的开口端31的距离、即基板10的贯通孔11的尺寸，优选选择具有使光L的损失尽可能地变少那样的焦距的透镜。
在发光元件20安装于基板10的状态下，发光元件20的光轴与基板10的贯通孔11平行，与基板10的背面12垂直。
端子23例如是金属制且环状的板状部件，设置于发光元件主体21的上表面，与设置于基板10的PAD15电连接。端子23作为用于向发光元件20输入电信号的端子发挥功能。另外，例如，在设置于基板10的背面12的PAD15与端子23电连接的状态下，使用导电性粘接剂将端子23与PAD15粘接。由此，基板10和发光元件20被物理地固定。
另外，PAD15与端子23的电连接方法没有特别限定，也可以通过导线等进行。通常，发光元件在下表面(与发光部相反一侧的面)侧设有端子，该端子与基板的电连接通过将电线与端子连接而进行。也可以将在下表面具有端子的发光元件应用于本实施方式的光耦合结构100，但需要使导线从发光元件的下表面的端子延伸至基板的背面的PAD来进行连接。而且，需要使用非导电性粘接剂等将发光元件的上表面与基板的背面物理性地固定。
另一方面，如果是使用本实施方式的发光元件20的端子23与PAD15的连接方法，则能够在1个工序中进行发光元件20与基板10的物理性的固定、端子23与PAD10的电连接，能够省略导线的安装工序而削减制造成本。另外，如果是该连接方法，则不会发生导线的劣化、断线，因此能够提高连接可靠性，能够在本实施方式中适当地使用。
光纤30的开口端31经由基板10的贯通孔11与发光元件20相对地设置。另外，在光纤30中，从发光元件20发出的光L从发光元件20侧的开口端31入射，在光纤30的内部传输。
由于与仅由玻璃构成的光纤相比，包含塑料的光纤操作性更好，更廉价，且如后所述，在基板10与套筒40之间不需要焊接，且不会产生热的影响，因此可以优选使用包含塑料的光纤作为光纤30。另外，作为包含塑料的光纤，可举出仅由塑料构成的光纤、由塑料和玻璃构成的光纤等。
套筒40是包围并保持光纤30的端部的部件，具有：套筒主体41，其为具有底面41a的有底筒状(例如圆筒状)；以及贯通套筒主体41而设置并保持光纤30的光纤保持部42。另外，在光耦合结构100中，套筒40的末端侧的底面41a与基板10的正面13(第二面)抵接。
调芯治具50是包围并保持套筒40并且底面51a与基板10的正面13抵接而固定于正面13的有底筒状(例如圆筒状)的部件。另外，调芯治具50是用于进行发光元件20与光纤30的光轴的位置对齐的部件，具有：调芯治具主体51，其为具有底面51a的有底筒状；以及套筒插入部52，其用于插入套筒40。另外，套筒40的外部形状与调芯治具50的套筒插入部52的内部形状大致相同，在将套筒40插入并安装于调芯治具50的状态下，套筒40与调芯治具50能够不发生位置偏移地一体化。
另外，调芯治具50在插入有套筒40的状态下，底面51a与光纤30的光轴垂直。另外，在调芯治具50的底面51a与基板10的正面13抵接的状态下，光纤30的光轴与贯通孔11平行，与基板10的正面13垂直。
接着，对本实施方式的光耦合方法进行说明。本实施方式的光耦合方法是组装上述的光耦合结构100的方法，包括：将在发光部21a具有球面透镜22的发光元件20以球面透镜22朝向基板10的贯通孔11的内部的方式安装于具有平行的背面12和正面13且形成有在厚度方向上贯通的贯通孔11的基板10的背面12的工序；以使光纤30的开口端31与发光元件20在贯通孔11中相对的方式，使对包围并保持光纤30的端部的有底筒状的套筒40进行保持的有底筒状的调芯治具50的底面51a与正面13抵接的工序；进行发光元件20的光轴与光纤30的光轴的主动对准的工序；以及在主动对准后，将调芯治具50固定于基板10的正面13的工序。以下，对这些工序进行具体说明。
首先，在基板10的背面12安装发光元件20。此时，使发光元件20的球面透镜22朝向贯通孔11的内部。进而，在设置于基板10的背面12的PAD15与端子23电连接的状态下，使用导电性粘接剂将端子23与PAD15粘接。由此，以发光元件20的光轴与贯通孔11平行的方式，对基板10和发光元件20进行物理固定。
接着，安装光纤30。将在内部保持有光纤30的套筒40插入调芯治具50，在使套筒40与调芯治具50的末端位置对齐的状态下，使光纤30、套筒40、调芯治具50成为一体。进而，使保持有套筒40的调芯治具50的底面51a与基板10的正面13抵接。此时，发光元件20的光轴与基板10的背面12垂直，并且，光纤30的光轴与基板10的正面13垂直。另外，基板10的背面12与正面13平行。由此，光纤30的开口端31与发光元件20相对，并且发光元件20的光轴与光纤30的光轴平行地保持。
进而，通过调整调芯治具50的位置来进行发光元件20与光纤30的光轴的主动对准。此时，如上所述，发光元件20的光轴与光纤30的光轴被保持为平行。另外，在发光元件20与光纤30的开口端31相对的方向上，发光元件20与光纤30的开口端31的距离保持为恒定(基板10的厚度尺寸)。因此，在进行光轴的主动对准时，可以仅进行与基板10平行的水平面中的位置对齐，不进行相对方向上的距离与倾斜的位置对齐。
在光轴的调芯完成之后，通过软钎焊将调芯治具50与基板10连接。需要说明的是，此时，不直接对光纤30、套筒40施加软钎焊的热。另外，调芯治具50与基板10的连接方法没有特别限定，也可以使用焊接以外的连接方法。通过以上工序，光耦合结构100的组装完成。
在组装后的光耦合结构100中，如图1所示，从发光元件20发出的光L在通过球面透镜22时聚光，并通过基板10的贯通孔11的内部，入射到光纤30的开口端31。入射到光纤30的光通过光纤30的内部而传输。这样，能够通过光耦合结构100进行光传输。
本实施方式的光耦合结构100是在具有发光部21a的发光元件20与光纤30之间进行光传输的光耦合结构，具备：基板10，其具有平行的背面12以及正面13，且形成有在厚度方向上贯通的贯通孔11；发光元件20，其在发光部21a具有球面透镜22，以球面透镜22朝向贯通孔11的内侧的方式安装于基板10的背面12；光纤30，其在贯通孔11的正面13侧，开口端31与发光元件20相对设置；有底筒状的套筒40，其包围并保持光纤30的端部，并且底面41a与基板10的正面13抵接；以及有底筒状的调芯治具50，其包围并保持套筒40，并且底面51a与基板10的正面13抵接而固定于正面13。
在本实施方式的光耦合结构100中，发光元件20的光轴与光纤30的光轴被保持为平行。另外，在发光元件20与光纤30的开口端31相对的方向上，发光元件20与光纤30的开口端31的距离保持为恒定(基板10的厚度尺寸)。因此，在进行光轴的主动对准时，仅进行与基板10平行的水平面内的位置对齐即可。由此，如果是本实施方式的光耦合结构100，则能够提高组装时的对准的作业性，抑制制造成本。
另外，根据本实施方式的光耦合方法，由于使用光耦合结构100，因此在进行光轴的主动对准时，仅进行与基板10平行的水平面中的位置对齐即可，能够提高对准的作业性，抑制制造成本。
[摄像机模块]
接着，对本实施方式的摄像机模块200进行说明。如图2所示，摄像机模块200具备框体210、摄像模块220、具有安装有系统的IC等的基板231的系统部230、以及光通信模块240。摄像模块220、系统部230以及光通信模块240设置在框体210的内部。
摄像模块220具有：透镜部221，其设置于框体210的开口部211；以及基板222，其设置有CCD传感器等摄像元件，对经由透镜部221接收到的光进行光电转换。光通信模块240是通过光通信向外部设备传送影像信号的部件，具有上述的光耦合结构100和将光耦合结构100与外部的设备连接的连接器241。
由于本实施方式的摄像机模块200具备光耦合结构100，因此在光耦合结构100的组装时，能够提高对准的作业性，抑制制造成本。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式，包括能够实现本发明的目的的其他结构等，以下所示的变形等也包含在本发明中。在以下的变形例中，对与上述的实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略说明。
在上述的实施方式中，使用球面透镜作为光学器件，但也可以使用非球面透镜代替球面透镜使发光元件的光聚光。另外，只要能够抑制发光元件的光扩散且损失即可，如图3所示的光耦合结构100A那样，也可以使用使发光元件20A的光LA成为平行光的准直透镜22A代替聚光透镜。但是，由于球透镜等球面透镜比非球面透镜、准直透镜廉价，因此为了抑制制造成本，在本发明的光耦合结构中更优选使用球面透镜。
另外，在光耦合结构中，也可以在基板设置沉孔部。图4是示意性地表示在基板10B形成有沉孔部14的光耦合结构100B的剖视图。在基板10B形成有从基板10B的正面13沿厚度方向切除而形成的沉孔部14，套筒40嵌合于沉孔部14。为了使发光元件20与光纤30B的光轴的位置对齐，使沉孔部14的内部形状形成得比套筒40的外部形状稍大。
另外，沉孔部14的底面14a与基板10的正面13平行。在光耦合结构100B中，在套筒40的底面41a比调芯治具50的底面51a突出的状态下，套筒40保持于调芯治具50。使用保持了套筒40的调芯治具50，使套筒40的末端的底面41a与沉孔部14的底面14a抵接，使调芯治具50的末端的底面51a与基板10的正面13抵接而进行固定。由此，与光耦合结构100同样地，光纤30的光轴与贯通孔11平行，另外，光纤30的光轴与沉孔部14的底面14a垂直。
通过形成沉孔部14，能够使发光元件20与光纤30B的距离接近，能够在使发光元件20的光更聚光的状态下使光入射到光纤30B。因此，与未形成沉孔部14的光耦合结构100中使用的光纤30相比，能够对应于细的芯线的光纤30B。此外，通过调整沉孔部14的深度尺寸，能够使发光元件20与光纤30B的距离成为期望的尺寸。
另外，本发明也能够应用于具备受光元件作为光电元件的光耦合结构。图5所示的光耦合结构100C具备受光元件60作为光电元件。受光元件60具有受光元件主体61、受光部61a、球面透镜22以及端子63。在光耦合结构100C中，光从光纤30的与开口端31相反的开口端入射，通过光纤30的内部向开口端31传送。进而，光LC从光纤30的开口端31通过基板10的贯通孔11的内部而到达球面透镜22。光LC在球面透镜22中聚光，由受光部61a接收。
在光耦合结构100C中，与前述的实施方式的光耦合结构100同样地，受光元件60与光纤30的相对方向上的距离和倾斜能够根据基板10的正面13和背面12形成为大致恒定，因此也可以不进行相对方向上的距离与倾斜的位置对齐。由此，如果是光耦合结构100C，则能够提高组装时的对准的作业性，抑制制造成本。
此外，在以上的记载中公开了用于实施本发明的最佳的结构、方法等，但本发明并不限定于此。即，本发明主要针对特定的实施方式特别图示，并且进行了说明，但在不脱离本发明的技术思想及目的的范围的情况下，对于以上所述的实施方式，在形状、材质、数量、其他详细的结构中，本领域技术人员能够施加各种变形。
因此，对上述公开的形状、材质等进行限定的记载是为了容易理解本发明而例示性记载的内容，并不对本发明进行限定，因此，这些形状、材质等的限定的一部分或全部的限定以外的部件的名称所作的记载包含在本发明中。

Claims (7)

1.一种光耦合结构，所述光耦合结构被构造为在光电元件与光纤之间进行光传输，所述光电元件包括发光部或受光部，所述光耦合结构包括：
基板，所述基板包括第一面和平行于所述第一面延伸的第二面，所述基板设置有在所述基板的厚度方向上贯通所述基板的贯通孔；
所述光电元件，所述光电元件在所述发光部或所述受光部具有光学器件，其中，所述光电元件以使所述光学器件朝向所述贯通孔的内侧的方式安装于所述基板的所述第一面；
所述光纤，所述光纤位于所述贯通孔的朝向所述第二面的一侧，其中，所述光纤包括与所述光电元件相对的开口端；
套筒，所述套筒为有底筒状，且包围并保持所述光纤的端部，其中，所述套筒的底面与所述基板的所述第二面抵接；以及
调芯治具，所述调芯治具为有底筒状，且包围并保持所述套筒，其中，所述调芯治具的底面与所述基板的所述第二面抵接并被固定于所述第二面。
2.如权利要求1所述的光耦合结构，
其中，所述光电元件的光轴与所述基板的所述第一面垂直，且所述光纤的光轴与所述基板的所述第二面垂直，并且
其中，所述光电元件的光轴与所述光纤的光轴保持为平行。
3.如权利要求1或2所述的光耦合结构，
其中，所述光纤是包含塑料的光纤。
4.如权利要求1～3中任一项所述的光耦合结构，
其中，所述光电元件的端子设置于所述光电元件的朝向所述光学器件的一侧。
5.如权利要求1～4中任一项所述的光耦合结构，
其中，通过在所述厚度方向对所述基板进行切除，在所述基板的所述第二面上形成沉孔部，所述沉孔部的底面与所述第二面平行，并且
其中，所述套筒与所述沉孔部的所述底面抵接并嵌合。
6.一种光耦合方法，包括：
将光电元件安装于基板，所述光电元件在发光部或受光部具有光学器件，其中，所述基板包括第一面和平行于所述第一面延伸的第二面，其中，所述基板设置有在所述基板的厚度方向上贯通所述基板的贯通孔，以所述光学器件朝向所述基板的所述贯通孔的内侧的方式，将所述光电元件安装于所述基板的所述第一面；
使有底筒状的调芯治具的底面抵接于所述第二面，其中，所述调芯治具对包围并保持光纤的端部的有底筒状的套筒进行保持，其中，以所述光纤的开口端与所述光电元件在所述贯通孔处彼此相对的方式，使所述调芯治具的底面抵接于所述第二面；
对所述光电元件的光轴与所述光纤的光轴进行主动对准；以及
在所述主动对准后，将所述调芯治具固定于所述基板的所述第二面。
7.一种摄像机模块，包括根据权利要求1～5中任一项所述的光耦合结构。
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