CN1963582A - 光学模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学模块，其可以监视多个发光元件的光信号。该光学模块具备：并列配置多个发光元件(21)的发光元件群(14)；与该发光元件群并排设置，并由监视发光元件群的各发光元件的反射光的监视用光接收元件排列而构成的监视用光接收元件群(18)；相对发光元件群的光轴具有规定的角度设置的镜部件(32)；以及介于镜部件和发光元件群之间设置，具有比发光元件群中互相离得最远的两个发光元件的光轴间距离还大的有效直径，使从各发光元件分别入射的光信号成为平行光，并且，使这些光轴在镜部件的面或镜部件面附近相交，射出由镜部件反射的多个光信号的同时使该射出光的光轴平行并聚集在各监视用光接收元件上的凸透镜(33)。

Description

光学模块

技术领域

本发明涉及发送或接收多个光信号的光学模块，特别涉及可以监视发光元件的发射光的光学模块。

背景技术

在光通信系统中，有具有监视LD发射光的功能的光学模块。

如图16所示，现有的光学模块90，具备：激光二极管(LD)91；相对该LD的发光面具有规定的角度而设置，使从LD发射的光信号透过的同时使该光信号的一部分反射的镜部件92；以及接收由该镜部件92反射的光信号的监视用光接收元件93。监视用光接收元件93设在安装LD91的基板94上。镜部件92用反射LD发射光的百分之几的玻璃板等形成，为了使大部分的LD发射光透过而配置为使入射玻璃板的光信号的角度在临界角以下。

从LD91发射的通信用的光信号L，其大部分透过玻璃板(图中L′)，反射光信号的百分之几(图中L″)。反射光L″用设在反射方向上的监视用光接收元件93接收。

若从LD91发射光信号，则发射的光信号的百分之几用镜部件92反射被监视用光接收元件93检测出，所以可以监视LD91是否正常工作。

专利文献1——特开2002-107582号公报。

图16的光学模块是具备一个接收从一个LD发射的光信号和其监视光的监视用光接收元件的一信道的光学模块，不能适用于具备为发射多个光信号而并列配置多个LD的LD阵列的光学模块上。

一般，由于面发光LD很难向后方发射光，所以必须将向前方发出的光用某些方法分离为通信用光信号和监视用光信号。但是，若用现有的在面发光LD的前面设置玻璃板使其反射的方法，则用玻璃板发射而返回的光的聚光点扩大。特别是，在以窄间距配置多个LD的并联无线电收发两用机中，在互相邻接的信道之间产生监视用光信号干涉的问题。

因此，不能个个地监视从LD阵列的各LD发射的光信号，在收发多信道的光信号的光学模块中，不能监视从各发光元件发射的光信号并判断在哪个信道上发生故障。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种可以监视多个发光元件的光信号的光学模块。

为了实现上述目的，方案1的发明是一种光学模块，具备：并列配置多个发光元件的发光元件群；设置成相对该发光元件群的光轴具有规定的角度并使从发光元件发射的光信号透过的同时使该光信号的一部分反射的镜部件；与上述发光元件群并排设置并由监视发光元件群的各发光元件的反射光的监视用光接收元件排列而构成的监视用光接收元件群；以及介于上述镜部件和上述发光元件群之间设置，具有比上述发光元件群中互相离得最远的两个发光元件的光轴间距离还大的有效直径，使从上述发光元件群的各发光元件分别入射的光信号成为平行光，并且，使这些光轴在镜部件的面或镜部件面附近相交，射出由镜部件反射的多个光信号的同时使该发射光的光轴平行并聚集在各监视用光接收元件上的凸透镜。

方案2的发明是根据方案1所述的光学模块，上述镜部件设置成具有与上述发光元件群的光轴倾斜的角度，并且上述发光元件群设在上述凸透镜的中心轴上。

方案3的发明是根据方案1所述的光学模块，上述镜部件与上述发光元件群的光轴垂直地设置，并且上述发光元件群的光轴从上述凸透镜的中心轴偏离而设置。

方案4的发明是根据方案1～3中任何一项所述的光学模块，上述凸透镜在用塑料材料形成的块体的一侧面对上述发光元件群形成，在上述块体上形成有用于形成上述镜部件的切口。

方案5的发明是根据方案4所述的光学模块，在上述块体的与上述凸透镜相对的一侧，形成有使透过上述镜部件的各光信号分别聚集在与上述块体连接的多个光传送路上的其它凸透镜。

方案6的发明是根据方案5所述的光学模块，在上述块体的一侧形成有与上述具它凸透镜大致孔径相等的规定深度的透镜孔，在该透镜孔的最深部形成有上述其它凸透镜，并且上述其它凸透镜的焦点位于透镜孔的开口面。

方案7的发明是根据方案4～6中任何一项所述的光学模块，在上述切口插入具有任意反射率的半透半反镜。

方案8的发明是根据方案7所述的光学模块，在上述切口的镜部件面和上述半透半反镜的间隙中，填充有具有与形成上述块体的材料相同的折射率的粘接剂。

本发明具有以下效果：

根据本发明，能发挥出可以监视多个发光元件的光信号的优良效果。

附图说明

图1是表示本发明优选的第一实施方式的光学模块的立体透视图。

图2是表示图1的CAN组件的立体图。

图3是表示图2的发光元件群的立体图。

图4(a)是图1的块体的透视立体图，图4(b)是图1的光学模块的俯视图(一部分概略图)，图4(c)是图1的光学模块的侧视图(一部分概略图)。

图5是表示图4的块体和光连接器的连接构造的剖面图。

图6是用于说明光信号的传输的俯视图。

图7是用于说明图4的块体的光信号的传输的俯视图。

图8是用于说明图4的块体的光信号的传输的侧视图。

图9是详细说明在切口的光信号的传输的剖面图。

图10是表示优选的第二实施方式的光学模块的发光元件群的立体图。

图11是表示优选的第三实施方式的光学模块的侧视图(一部分概略图)。

图12是表示优选的第四实施方式的光学模块的侧视图(一部分概略图)。

图13是表示图12的光学模块的通信用光信号的光路的侧视图。

图14是表示图12的光学模块的监视用光信号的光路的侧视图。

图15是表示优选的第五实施方式的光学模块的图，图15(a)是前方立体图，图15(b)是后方立体图，图15(c)是主视图，图15(d)是俯视图。

图16是表示现有的光学模块的剖面图。

图中：

10-光学模块；12-块体；14-发光元件群；18-监视用光接收元件群；21-发光元件；31-切口；32-镜部件；33-第一凸透镜；61-半透半反镜；64-粘接剂。

具体实施方式

以下，基于附图详细叙述本发明的优选的一实施方式。

图1是表示本发明的光学模块的优选的实施方式的立体图。

如图1所示，本实施方式的光学模块10具备：并列配置多个发光元件的发光元件群；设在该发光元件群的附近，并由监视发光元件群的各发光元件的反射光的监视用光接收元件排列而构成的监视用光接收元件群；形成有使从发光元件发射的光信号透过的同时使该光信号的一部分反射的镜部件11的块体12。

发光元件群及监视用光接收元件群设在CAN组件13上，该CAN组件13与块体12接合。

如图2所示，在CAN组件13中，发光元件群14设在圆形的基板15上，通过导线(引线接合)16与形成于该基板15上的电布线图案电连接。再有，为了使发光元件群14与外部电连接，设有贯通基板15的多个输入输出管脚17。同样地，监视用光接收元件群18也设在相同基板15上。

如图3所示，在本实施方式中，发光元件群14，为了用4信道发送光信号，具备一维排列的4个发光元件21。作为发光元件21，使用面发光激光二极管(LD)。在本实施方式中，发光元件21设在基材22上，包括1组发光区域(发射部)23和连接用于与该发光区域23电连接的导线16的端子24。图2的监视用光接收元件群18具备与发光元件21相同数量的监视用光接收元件，作为监视用光接收元件使用一维排列4个光电二极管的PD阵列。

那么，关于本实施方式的光学模块的特征即形成了镜部件的块体进行说明。

如图4(a)～图4(c)所示，块体12使用塑料材料形成大致长方体形状，如图4(c)所示，在块体12上形成有相对发光元件群14的光轴具有规定角度的切口31。切口31内是空气，以切口31和块体12的边界面(切口面)作为镜部件32。为了使从发光元件群14发射的光信号的大部分透过，镜部件32形成为不全反射的角度(临界角以下)。

在本实施方式中，在形成块体12的塑料材料和切口内的空气的边界，通过使该边界面(镜部件32)相对光信号的光轴形成规定的角度，从而将反射率设为大致4％。即，从发光元件12发射的光信号中，光强度比4％的光信号(监视用光信号)向监视用光接收元件的方向反射。

再有，在块体12上形成有两个凸透镜，第一凸透镜33形成在镜部件32和发光元件群14之间的块体12的一面34上，在与形成该第一凸透镜33的面34相对的块体12的面35上形成第二凸透镜36。而且，第一凸透镜33面对发光元件群14及监视用光接收元件群18形成。第一凸透镜33及第二凸透镜36与块体12用相同的材料一体地形成，在第一凸透镜33和第二凸透镜36之间也用形成块体12的材料充填。

第一凸透镜33使凸侧面对发光元件群14配置，具有比发光元件群14中互相离得最远的发光元件21、21的光轴间距离还大的直径(有效直径)，配置为使发光元件群14的中心(离得最远的发光元件的光轴间的中心)位于第一凸透镜33的光轴(中央)上(参照图4(c))。最好第二凸透镜36也使凸侧面对由连接在光学模块10上的多个光传送路(例如，光纤)41构成的光波导体群(例如，光纤阵列)42，具有比光纤阵列42中离得最远的两个光纤41的光轴间距离还大的直径。第二凸透镜36使光信号分别聚集在与块体12连接的多个光纤41上。

在本实施方式中，第一凸透镜33，在块体12的一面34上形成与第一凸透镜33的孔径大致相等的圆柱状的透镜孔37，在该透镜孔37的最深部(底面)设有第一凸透镜33。同样地，在相对的块体12的面35上也形成相同形状的透镜孔38，在透镜孔38的最深部形成有第二凸透镜36。

如图5所示，透镜孔38调整深度d而形成，以使第二凸透镜36的焦点位置F位于透镜孔38的开口面45上。由此，仅使连接光纤41的光连接器44与块体12的面35接触，从而使第二凸透镜36的焦点位于与光连接器44连接的光纤41的端面上。

另外，返回图4(a)，在形成第二凸透镜36的一侧的块体12的面35上，形成有用于与光连接器44连接的嵌合用凸起39(在图4(a)中是2个)。由此，仅在形成于光连接器44的嵌合用槽(未图示)上嵌合块体12的嵌合用凸起39，可以不进行调芯作业，使各光信号L1～L4的光轴与各光纤41一致，将光连接器44连接在块体12上。

如图4(b)、图4(c)所示，监视用光接收元件群18与发光元件群14并排配置。该“并排”是指，排列为使监视用光接收元件的光接收端面(光轴)与发光元件群14的发光端面(光轴)大致并列，并且，多个发光元件14并排的直线和多个监视用光接收元件并排的直线互相平行，各个监视用光接收元件与各发光元件14一对一地并排。

在本实施方式中，镜部件32具有与发光元件群14的光轴倾斜的角度θ，并且发光元件群14设在第一凸透镜33的中心轴上，发光元件和监视用光接收元件的间隔Δy1，由第一凸透镜33和镜部件32的距离以及镜部件32的相对发光元件的光轴的角度θ决定。

再有，如图6所示，一对第一凸透镜33及第二凸透镜36，为了用如下说明的光路传输多个光信号L1～L4而形成。

在图6中，在第二凸透镜36侧形成设有由接收光信号的多个光纤41构成的光纤群(光纤阵列)42，从位于第一凸透镜33侧的多个发光元件21向光纤群42发射光信号L1～L4。

另外，本实施方式的光学模块10，在第一凸透镜33和第二凸透镜36之间形成有镜部件32，但从发光元件21发射的光信号的大部分(光强度比)透过镜部件32，因此，在图6中说明透过镜部件32的通信用光信号的传输。

从各发光元件21发射的光信号L1～L4，使其直径(光束直径)扩大入射第一凸透镜33。光信号L1～L4，在第一凸透镜33的边界折射变化经第一凸透镜33射出。经第一凸透镜33射出的光信号L1～L4，其光轴(主光线(在图6中用单点划线表示))弯曲的同时变为平行光射向第二凸透镜36。此时，多个光信号L1～L4，在第一凸透镜33中在离透镜中心越远的位置入射的光信号，光轴的弯曲角(传输角)越大，与中心越近光轴的弯曲角越小。因此，经第一凸透镜33射出，分别成为平行光的多个光信号L1～L4，在大致一个地方(图中，○C1)相交。

成为平行光传输的光信号L1～L4，由第二凸透镜36折射变化，使被准直的平行光的光轴互相平行的同时，使各平行光聚集在各光纤41的端面上地经第二凸透镜36射出。

本实施方式的光学模块10，第一凸透镜33、第二凸透镜36以及这些透镜之间43用相同的折射率的介质(在这里是塑料材料)形成，光的传输成为如图7所示，多个光信号L1～L4从发光元件21与图6的场合大致同样地传输到光纤41。

另外，如图8所示，从x轴方向看图7，多个光信号L1～L4，在第一凸透镜33和第二凸透镜36之间43，作为沿两凸透镜33、36的中心轴的平行光传输。

可是，在光学损失的容许量较大的场合，在第一凸透镜33和第二凸透镜36之间的光信号L1～L4也可以成为会聚光或漫射光。

另外，在本实施方式的光学模块10中，用切口31形成的镜部件32反射通过第一凸透镜33的光信号的一部分。

通过第一凸透镜33分别成为平行光的多个光信号，在镜部件32上或镜部件32的近旁的大致一个地方相交。该光信号中4％(光强度比)左右的光信号，以对应镜部件32的角度的反射角反射。反射的多个光信号(监视光信号)以保持准直的状态射向第一凸透镜33。但是，监视光信号，入射在与刚从发光元件发射之后入射第一凸透镜33的位置不同的位置上。入射第一凸透镜33的多个监视光信号，光轴互相平行的同时，分别聚集在监视用光接收元件上。

根据本实施方式的光学模块10，可以一个一个地监视多个监视光信号。即，形成使多个光信号的光轴相交的同时使各光信号成为平行光的第一凸透镜33，通过使透过该第一凸透镜33的光信号用镜部件32反射，使通过该反射生成的监视用光信号再次透过第一凸透镜33，从而在并列配置的多个监视用PD上，分别聚集并使监视用光信号到达，因此，可以接收与各LD21对应的监视用光信号。在本光学模块10中，不会使射向监视用PD的监视光信号扩大直径，因此，以窄间距排列的多个监视PD21可以分别只接收目的的监视光信号，可以防止接收其它监视光信号(干扰)。

而且，本光学模块10仅使用形成凸透镜33和切口31的块体12，不需要用于检测监视光信号的新的透镜，可以用较少的部品件数形成多个监视光信号的光路。

另外，在图4(a)～图4(c)中，透过切口31的光信号表示为一直线，但如图9所示，实际上利用在第一凸透镜33和第二凸透镜36之间形成的切口31，光信号在通过切口的边界面时折射变化而传输。具体地，切口31的相对的边界面32、46平行地形成，并且，从块体12入射切口31时的折射角和从切口31向块体12射出时的折射角相等，因此，入射切口31的光信号的光轴和从切口31射出的光信号的光轴成为平行偏离的关系。因此，第二凸透镜36最好相对第一凸透镜33只平行位移光轴偏离的距离而设置。

接着，进行说明优选的第二实施方式的光学模块。

基本的结构部分，与上述图1的光学模块10大致同样，不同点在于，在前一实施方式的光学模块10中设置了一维排列多个光电元件21的发光元件群14，但本实施方式的光学模块设置了二维排列多个光电元件21的光电元件群51。

如图10所示，本实施方式的光学模块的发光元件群51，例如一组由发光区域(发射部)23和端子24构成的LD21以纵4组×横4组二维地排列安装在基材52上。而且，监视用光接收元件群18(参照图2)也形成为以纵4×横4二维排列的监视用PD阵列。

本实施方式的光学模块，即使二维排列发光元件21，关于多个光信号的传输也与前实施方式同样，可以对每个发光元件21用与该发光元件对应的监视用光接收元件检测监视用光信号。因此，根据本实施方式的光学模块，可以容易对应光学模块的进一步的多信道化。

接着，说明优选的第三实施方式的光学模块。

基本的结构部分与上述图1～图4(c)的光学模块10大致同样，同一结构部分标注与图1～图4(c)的场合同一的符号。

如图11所示，本实施方式的光学模块60不同点在于，在图4的光学模块10的切口31中插入半透半反镜61。

半透半反镜61是在基材62的表面施加镜部件膜(金属薄膜或电介质薄膜等)的部件，根据其材料可任意选择光信号的透过率(反射率)。

将半透半反镜61的基材62最好用其折射率与形成块体12的材料的折射率相等的材料形成。通过将切口31内(半透半反镜61)做成与块体12相同的折射率，可以使透过切口31的光信号不折射而直线传输。因此，可以使第二凸透镜36的光轴与第一凸透镜33的光轴一致地设置第二凸透镜36，可以容易设计形成在块体12上的凸透镜。

而且，在插入半透半反镜61的切口内的间隙中，填充有具有与形成块体12的材料相同的折射率的粘接剂64。通过填充粘接剂64，可以防止产生多余的反射、折射。

接着说明第四实施方式的光学模块。

本实施方式的光学模块，在镜部件与发光元件群的光轴垂直地设置并且发光元件群的光轴从第一凸透镜的中心轴偏离而设置的这一点上，与第一实施方式的光学模块不同。

如图12所示，光学模块70的切口71与第一凸透镜33的中心轴z1垂直而形成。发光元件群14从第一凸透镜33的中心轴z1只偏移规定量而配置。监视用光接收元件群18从第一凸透镜33的中心轴z1向发光元件群14的相反侧偏移而配置。发光元件群14的从第一凸透镜33的中心轴z1的偏移量Δy2，与监视用光接收元件群18的从第一凸透镜33的中心轴z1的偏移量Δy2相等。偏移量Δy2设定为从发光元件群33发射的光信号L1～L4用镜部件32不全反射的量以下。即，偏移量Δy2设定为由第一凸透镜33折射的光信号L1～L4的向镜部件32的入射角为临界角以下。

如图13所示，从各发光元件21发射的光信号L1～L4，扩大其直径入射第一凸透镜33。这时，与图8的场合不同，光信号L1～L4与第一凸透镜33的中心轴z1平行地且从中心轴z1偏离而入射。光信号L1～L4由第一凸透镜33折射变化，其光轴弯曲的同时成为平行光射向第二凸透镜36。成为平行光的光信号L1～L4相对第二凸透镜36的中心轴z1入射相反侧，由第二凸透镜36折射变化，使平行光的光轴互相平行的同时使各平行光聚集在各光纤41的端面上地经第二凸透镜36射出。在图13中，在第一凸透镜33和第二凸透镜36之间43上未形成镜部件，但实际上光信号L1～L4的大部分(96％左右)透过镜部件入射第二凸透镜36。

而且，如图14所示，由于光信号L1～L4由第一凸透镜33折射变化，所以即使镜部件72相对发光元件21的光轴垂直(θ＝0)地形成，也以规定的入射角度入射镜部件72，因此，其反射光成为监视用光信号M1～M4。

监视用光信号再次入射第一凸透镜33，由第一凸透镜33折射变化，使各监视用光信号M1～M4的光轴互相平行的同时，分别聚集在监视用光接收元件上。

本实施方式的光学模块70，通过将监视用光接收元件群18和发光元件群14相对第一凸透镜33的中心轴z1只偏移相同量，并且分别使距离第一凸透镜33的距离相等地配置，相对发光元件21的光轴垂直地形成镜部件72，从而可以用各监视用光接收元件接收从各发光元件21发射的光信号L1～L4的一部分由镜部件72反射而形成的监视用光信号M1～M4。因此，本实施方式的光学模块70也具有与第一实施方式的光学模块同样的效果。

而且，在本实施方式的光学模块中，也如第三实施方式的光学模块，也可以在切口71内插入半透半反镜。

接着，说明第五实施方式的光学模块。

如图15(a)～图15(d)所示，本实施方式的光学模块80，在光收发两用机外壳81内收装块体12，在外壳81的外侧安装具备发光元件群14及监视用光接收元件群18的CAN组件13(CAN型LD)。具体地，光学模块80，在外壳81内收装图4(a)的块体12，面对该块体12的第一凸透镜33安装CAN型LD13，将块体12和发光元件群14光连接。

而且，本光学模块80，具备光通信用光接收元件群(PD阵列)，在块体12上形成有面对该光接收元件的其它凸透镜。光通信用光接收元件群与发光元件群14同样，作为CAN型PD83设置，该CAN型PD83安装在与外壳81的CAN型LD13正交的一侧。84是插入连接多个光纤的多芯连接器的插入口，85是将插入的多芯连接器固定在光收发两用机外壳81内的卡定部件。

本实施方式的光学模块80也具备形成切口31的块体12和设在CAN组件13上的发光元件群及监视用光接收元件群，具有与第一实施方式同样的作用效果。

Claims (8)

1.一种光学模块，其特征在于，

具备：并列配置多个发光元件的发光元件群；设置成相对该发光元件群的光轴具有规定的角度并使从发光元件发射的光信号透过的同时使该光信号的一部分反射的镜部件；与上述发光元件群并排设置并由监视发光元件群的各发光元件的反射光的监视用光接收元件排列而构成的监视用光接收元件群；以及介于上述镜部件和上述发光元件群之间设置，具有比上述发光元件群中互相离得最远的两个发光元件的光轴间距离还大的有效直径，使从上述发光元件群的各发光元件分别入射的光信号成为平行光，并且，使这些光轴在镜部件的面或镜部件面附近相交，射出由镜部件反射的多个光信号的同时使该射出光的光轴平行并聚集在各监视用光接收元件上的凸透镜。

2.根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于：

上述镜部件设置成具有相对于上述发光元件群的光轴倾斜的角度，并且上述发光元件群设在上述凸透镜的中心轴上。

3.根据权利要求1所述的光学模块，其特征在于：

上述镜部件与上述发光元件群的光轴垂直地设置，并且上述发光元件群的光轴从上述凸透镜的中心轴偏离而设置。

4.根据权利要求1～3中任何一项所述的光学模块，其特征在于：

上述凸透镜在用塑料材料形成的块体的一侧面对上述发光元件群形成，在上述块体上形成有用于形成上述镜部件的切口。

5.根据权利要求4所述的光学模块，其特征在于：

在上述块体的与上述凸透镜相对的一侧，形成有使透过上述镜部件的各光信号分别聚集在与上述块体连接的多个光传送路上的其它凸透镜。

6.根据权利要求5所述的光学模块，其特征在于：

在上述块体的一侧形成有与上述其它凸透镜大致孔径相等的规定深度的透镜孔，在该透镜孔的最深部形成有上述其它凸透镜，并且上述其它凸透镜的焦点位于透镜孔的开口面。

7.根据权利要求4～6任何一项所述的光学模块，其特征在于：

在上述切口插入具有任意反射率的半透半反镜。

8.根据权利要求7所述的光学模块，其特征在于：

在上述切口的镜部件面和上述半透半反镜的间隙中，填充有具有与形成上述块体的材料相同的折射率的粘接剂。

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