JP2014500968A - 光電子部品 - Google Patents

Abstract

本発明は、光学送信機と、光学受信機と、第１及び第２の光学レンズから成る結合手段であって、前記光学レンズが、一方では前記光学送信機の光学出力信号Ａから接続可能な光学光導波路へと、及び、他方では前記光導波路の入力信号Ｅから前記受信機へと、光路を変化／方向転換させるための光学能動的境界面で構成されている結合手段と、を有する光電子トランシーバにおいて、前記第１のレンズは、前記光学送信機の信号のための、前記結合手段内に位置する凹形反射面を有しており、前記第２のレンズは、前記光学送信機の出力される信号のための、外側に位置する凸形の伝達面と、到達する信号のための、内側に位置する凹形の反射面とを有していることを特徴とする光電子トランシーバに関する。

Description

本発明は、光学的結合装置及び光電子部品（例えば、電気／光学（Ｅ／Ｏ）変成器（送信機）及び／又は光学／電気（Ｏ／Ｅ）変成器（受信機））並びに製造方法に関する。

好ましくは、本発明は、光電子トランシーバ（短縮形：光学トランシーバ）に関する。当該光電子トランシーバにおいては、電気‐光学送信装置（例えば光学送信素子として、ＶＣＳＥＬを有する）及び光学／電気受信装置（例えば光学受信素子として、光ダイオードを有する）が用いられる。電気トランシーバを用いる場合には、２つの電気トランシーバ間の送受信情報は、電波又は電気信号によって伝達されるが、２つの光学トランシーバを用いる場合には、送受信情報は、光波又は光学信号によって伝達される。

トランシーバは、受信モードにおいて、例えばグラスファイバ等の光導波路によって供給され、光学伝達路に伝達された光学入力信号を電気信号に変換し、当該電気信号は、光学トランシーバそのものにおいて、及び／又は、接続された回路において、さらに加工される。

トランシーバは、送信モードにおいて、電気入力信号を、光学伝達路に伝達されるべき光学信号に変換する。そのために、光学トランシーバは、Ｅ／Ｏ変換機として動作する光学素子、例えばＶＣＳＥＬレーザを有している。

光電子部品、例えばトランシーバにおいては、光学送信素子と光導波路の間に、十分に効果的な光学的結合を形成する必要性が存在する。詳細には、一方では（送信の場合）、光学信号を生成するＥ／Ｏ変成器と光導波路との間、例えばグラスファイバの入力端面の間、他方では（受信の場合）、光導波路の出力面から出力され、電気信号を生成する光学受信素子（Ｏ／Ｅ変成器）に向かって進む光学信号の間である。

例えば特許文献１からは、光学的結合装置が知られている。当該装置は、光ファイバプリズム１０を用いており、以下のものを有している：少なくとも１つの光学素子２４と、基板２０の上方に位置する少なくとも１つの導波管２２と、を有する基板２０であって、さらに光ファイバプリズム１０が設けられている基板２０。光ファイバプリズム１０は、第１の側面１２を通して受光し、受光した光を第３の側面１６の内１つから反射させ、第３の側面１６から反射した光を、第２の側面１４を通して伝達する。

図３によると、光ファイバプリズム１０は、第１の側面１２が光学素子２４に隣接し、第２の側面１４が導波管２２に隣接するように配置されている。光学素子２４は、ＬＥＤ等の光を放射する装置又はＶＣＳＥＬ又は光ダイオード等の受光装置を有している。別の配置は、特許文献１の図４に示されている。

ここで指摘されるのは、光ファイバプリズムは単独の部品であり、別々に製造し、トランシーバに取り付ける際に調整しなければならないということである。

米国特許出願公開第6560385号明細書

本発明の課題は、特に、光電子部品を設けることにあり、電気／光学送信機及び光学／電気受信機、並びに、特に光電子トランシーバのための結合手段が設けられているので、光学素子及び光導波路等の光学部品の調整費用は少なくなる。

本発明によると、光学的結合手段又は光学的結合装置が設けられており、当該手段又は装置は、一体的光導波路調整（好ましくは光ファイバ調整）及び一体的ミラー構造又は一体的ミラー特性を有する。

本発明によると、光学的結合手段は、光学的結合手段も機械的結合手段も有している。これらは、光電子半導体パッケージ（opto-electronic semiconductor package）の形で構成され得る。すなわち、光電子部品ハウジング（半導体ハウジング又はハウジング部分）が設けられており、当該ハウジングは、光ファイバ調整（物質的又は機械的光導波路調整）の特徴と、光導波路の入力端面への光線の略垂直な入射を確実にするビーム偏向の特徴とを組み合わせている。好ましくは、これは、ビーム偏向の際に、視準を用いて行われる。

本発明によると、このような光学的結合装置を用いる光電子トランシーバが設けられており、この光電子トランシーバは、USB 1.0、2.0、3.0コネクタ技術において用いることができるほど十分に小さく形成されている。

本発明によると、唯一の製造ステップにおけるファイバ調整並びにズーム偏向及び視準の重要な機能は、光学的結合装置を形成する光電子部品又は半導体ハウジング部分の成形によって得られ、さらなる能動的な調整ステップは不要である。

本発明に係る成形されたプラスチック体として構成された光学的結合装置は、部品ハウジングの第１のハウジング部分を形成するとともに、光学素子を担持する第２のハウジング部分又は部品担体とカプセルを成形する。本発明によると、好ましくは、プラスチック体は直接、光学素子を担持する部品担体上に成形される。

部品ハウジング又は光電子半導体ハウジング（半導体パッケージとも呼ばれる）内には、光学素子が、例えばドライバ（driver；光学送信機）のためのＶＣＳＥＬの形で、及び／又は、光学素子が、受信機（receiver）のための光ダイオードの形で格納されており、つまり、それが光学送信機及び／又は光学受信機を含み、場合によってはさらなる電気回路や、例えば、及び、好ましくはトランシーバ等の本発明に係る光電子部品も含む場合に、光電子半導体ハウジングを形成する。

本発明によると、光ファイバ（光導波路）と光学素子（送信及び／又は受信素子）との間の、好ましくは９０°のビーム偏向を有する効果的な結合を通じた、光学的結合装置を有する光電子部品又は半導体ハウジングは、結合装置が、光ファイバ調整及びビーム偏向並びに焦点調節を設けていることによって、すなわち、成形された、光学的結合装置（結合手段）を形成する透過度の高いプラスチック体を、単数又は複数の能動素子を担持する部品担体上に直接設けるか、又は、成形することによって得られる。このプラスチック体は、光学的結合手段を形成する。好ましくは、いわゆる「オーバーモールド実装技術（overmold packaging technology）」が製造に用いられる。

別の選択肢として、光硬化プラスチックによるトランスファーオーバーモールド等のプラスチック成形プロセスも用いることができる。

本発明によると、光電子ハウジング部分（半導体ハウジング）は、プラスチック材料又はオーバーモールド材料が高い透過度を有するとともに、ハウジング部分を構成する際に、第２のハウジング部分又は部品担体のさらなる材料と機械的に接続されるように構成されている。すでに言及したように、第２のハウジング部分は部品担体であっても良く、光学素子と、場合によってはその他の部品又は電気回路とを担持する。第２の部品担体は、例えば基板又はリードフレーム又はセラミックスである。本発明に係る結合手段を有する半導体ハウジング又は光学部品ハウジングを用いる際、例えば、コネクタに取り付ける際、これは耐久性を有している。

本発明によると、ハウジング部分を形成するプラスチック又はオーバーモールドプラスチック材料は、担体上に位置する光学素子と光導波路の入力端面（及び場合によっては逆に）との間で伝達されるべき光のための反射境界面、好ましくは全反射境界面を形成する反射器又は反射鏡を形成する。好ましくは、反射境界面を形成する反射鏡は、内部の円錐形全反射鏡である。

本発明によると、プラスチックは、その周囲の空気への境界面において、より高い屈折率を有するプラスチック材料から屈折率１の空気に移行することによって、反射鏡を形成する。

さらに、好ましくは、プラスチックによって、特にオーバーモールド法を用いて成形された第１のハウジング部分は、その成形の際に、部品担体と共に、光学素子を包囲する、すなわちカプセル化する光電子部品ハウジングを形成する。光学的結合装置は、光学的結合手段及び機械的結合手段として作用するが、後者は好ましくは、光導波路のための調整手段として設けられている。この調整手段は、好ましくは、Ｖ‐ノッチによってハウジング部分内に形成される。本発明の好ましい構成は、請求項からも明らかになる。

本発明のさらなる利点、目標及び詳細は、図を用いた実施例の説明から明らかになる。

本発明に係る、第１及び第２のハウジング部分を有する光電子ハウジング（又は光電子半導体パッケージ）を有する光電子部品であって、その内部に光学素子並びに光導波路への及び／又は光導波路からの光のための結合手段が設けられている光電子部品の概略的側面図である。 図１の光学部品のハウジングを形成する２つのハウジング部分を引き離して示した概略図である。 図１に類似した概略図であって、本発明の構成として、当該電気光学部品が光電子トランシーバであると仮定して、当該光電子トランシーバにおいては、第１の好ましくは透過度の高いプラスチックから形成された内部の円錐形全反射鏡が、光学受信機／光学送信機と光導波路と光導波路のためのさらなる調整手段との間における光学的接続のために設けられていることを示す概略図である。 電気光学変成器（送信機）をその好ましい寸法で示した概略図であり、送信モードにおいては、ＶＣＳＥＬから出射した光線が、光導波路の入力端面に向かって、第１のハウジング部分によって形成された反射面を通じて反射及び視準されることを示す概略図である。 光学部品、特に図４の光学送信機の概略的断面図であって、図４の右から、図６の線Ａ‐Ａに概ね沿った断面図であり、図４では示唆されているのみであった、第１のハウジング部分によって光導波路のための調整ノッチの形で形成された調整手段を良く視認できる断面図である。 接続板上の図５に係る部品の図１１に類似した概略的上面図である。 光電子送信機又は受信機又はトランシーバを製造するための、本発明に係る方法のフローチャートを示す図である。 トランシーバの図３に類似した概略図であって、光伝達路を概略的に示した図である。 図８に類似した図であるが、電気光学送信機を示す図である。 図８に類似した図であるが、電気光学受信機を示す図である。 本発明に係る光電子部品、例えば図３から図１０に係る送信機、受信機又はトランシーバの斜視上面図である。 図１１の部品を他の視点から見た図である。 光電子部品又はその結合手段によって形成された、２つの反射面を有する本発明を概略的に示した図である。 光電子部品又はその結合手段によって形成された、２つの反射面を有する本発明を概略的に示した図である。 受信光線及び送信光線の流れを、図１３及び図１４に類似して概略的に示した図である。 図１１及び図１２に類似した概略図であるが、部品ハウジングによって形成されたそれぞれ２つの反射面が設けられていることを示した図である。

図１は、本発明に係る光電子ハウジングを有する光電子部品（省略して部品）１０を示している。当該ハウジングはカプセルとも呼ばれ、ハウジング又はカプセル９は、少なくとも１つの光学素子１７及び場合によってはその他をカプセルに入れる。結合手段３００は、光学素子１７と協働する光導波路（例えばグラスファイバ）１２との間に、効果的な接続又は結合を形成する。本発明によると、結合手段３００は、結合構造、特にハウジング９の成形又は構成によって、光学素子１７と光導波路１２との間に、光学的結合が光学的結合手段３０１によって、機械的結合及び調整が機械的結合／調整手段３０２によって、同時に得られるように設けられる。結合手段３００は、光路における９０°の変化及び全ての素子、特に部品１０の光学素子１７及び光導波路１２の受動的調整を生じさせる。

ハウジング９は、主に２つのハウジング部分、すなわち第１のハウジング部分１１と、光学素子１７を担持する第２のハウジング部分１４とから構成されている。第１のハウジング部分１１は、主に結合手段３００を形成しており、当該結合手段は、光学的接続（光学的伝達路）を、光導波路１２と光学素子１７との間に（光学的結合手段３０１によって）形成すると共に、光導波路１２、特にその入力／出力表面２４、２５のための調整（機械的結合／調整手段３０２によって）を形成する。

第２のハウジング部分１４は担体であり得る。好ましくは、図示したように、リードフレーム（基板）１４の形であり得る。光学素子１７は、ワイヤボンディング（wire bonding）２１によって、第２のハウジング部分１４の導体に接続されており、それによって、図３から図６に示されたように、例えばやはり第２のハウジング部分１４上に配置されたＡＳＩＣ１３との電気的接続が形成される。ＡＳＩＣ及び場合によっては光学素子１７を、フリップチッププロセスで組み立てることも可能である。

本発明によると、カプセル化、特にオーバーモールドのプロセス（又はその他のプロセス）によって、透過度の高いプラスチック材料３０から成る第１のハウジング部分１１が形成され、オーバーモールド噴霧プロセスによって、その他の材料、すなわち第２のハウジング部分１４の材料と接続される。第１のハウジング部分１１は、光学素子１７を担持する第２のハウジング部分１４と、光電子部品１０を形成する。

第１の、特にオーバーモールドハウジング部分１１及び第２のハウジング部分１４、すなわちハウジングは、これらが光学素子１７を有する場合に、カプセル、すなわち光電子半導体ハウジング又は光電子半導体パッケージを形成する。

結合手段３００又は機械的結合／調整手段３０２はさらに、図５から明らかなように、光導波路１２を受容するための光導波路又はファイバ調整ノッチ２０を形成する。このノッチは、図示された実施例においては、２つの傾斜した側壁２１０、２２０及び下壁２３０によって形成される。ファイバ調整ノッチ２０は、さらに後壁２４０を有している。

図１は、光学部品１０の全体を示したものであり、当該光学部品は、場合によって、光学素子１７のように形成され、図８に示したようにトランシーバ１１０として、図９に示したように送信機１２０として、又は、図１０に示したように受信機１３０として機能し得る。ここで、光学素子１７０、１７１、１７２と協働する電気回路、例えばＡＳＩＣ１３を設けても良い。ＡＳＩＣ１３は、ワイヤボンディング又は接続ワイヤ２２、２３によって、第２のハウジング部分１４内の導体と接続されている。光学素子１７も、第２のハウジング部分１４の導体と接続されている。

トランシーバ１１０の場合（図３及び図８を参照）、光学素子１７０は、送信機も受信機も有しており、送信伝達経路又は送信光線１及び受信伝達経路又は受信光線２を通じて、光ファイバ１２と接続されている。図９の場合、光学部品は、トランスミッタ又は送信機１２０であり、光学素子として、送信光線１を通じて光導波路１２に接続された光学送信素子１７１（例えばＶＣＳＥＬ）を有している。図１０の光学部品１３０はレシーバ又は受信機１２０であり、当該光学素子は、例えば光ダイオード１７２であり、この光ダイオードは、光導波路１２から来る受信光線２を受信する。

図２では、明らかに両方のハウジング部分、すなわち第１のハウジング部分１１と第２のハウジング部分１４とが示されている。

以下において、本発明を特に図３から図７、図１１、図１２を用いて説明する。特に、光学部品がトランシーバ１１０であり、当該トランシーバは有利には、本発明に係るＵＳＢ３ｘ‐コネクタにおいて使用され得る、すなわち、特に送信／受信機器のブッシュにおいて使用され得ることに鑑みて説明する。当該送信／受信機器は、光導波路を備えた対応するケーブルによって、やはり対応するブッシュを備えたさらなる機器と接続されている。

図３からは、本発明に係るトランシーバ１１０は原則的に、図１に係る光学部品１０が、ここでは光学素子１７０によって代替されるように構成されていることが認識できる。当該光学素子は、送信装置と受信装置とを有しているが、図３に個別には示されていない。

さらに、図１の一般的な場合のように、プラスチック材料、特にオーバーモールド材料３０は、光学素子１７０と光導波路１２との間の結合手段３００を形成する。すでに述べたように、結合手段３００は、光学的結合手段３０１と機械的結合手段３０２とを有している。光学的結合手段３０１は、材料３０によって、空気との境界面において、反射面３２１を備えた反射器を、好ましくは内部の全反射を有する円錐形の鏡の形で形成する。反射面３２１は、光学的送信光線も光学的受信光線も、反射面３２１によって効果的に方向転換するように構成されている。

図４及び図５に記載されているように、第１のハウジング部分１１と第２のハウジング部分１４とは、それぞれ長さが２．５ｍｍ、幅が約２．１ｍｍの寸法を有している。このように寸法が小さいので、本発明に係る、光電子トランシーバ１１０として構成された部品１０を、特にＵＳＢ３ｘ‐コネクタのブッシュを形成する際に使用すると有利である。なぜなら、電気光学トランシーバは、光学伝達手段（下位互換性）を備えていない既存のＵＳＢ３．０ブッシュ及びＵＳＢ２．０ブッシュと共に用いられ得るからである。

図４に示したように、光学送信／受信素子１７０から、例えば送信モードにおいてはＶＣＳＥＬ１７０ａから放射された光線１は、ハウジング部分１１によって形成された反射器の、第１のハウジング部分３０によって形成された反射面３２１から反射し、このときに視準され、さらに光ファイバ１２の入力端面２４に略垂直に衝突し、当該入力端面から転送される。光ファイバ又は光導波路１２は、単一モード又は多重モードの光導波路であり得る。

つまり、本発明によると、第１のハウジング部分と、光学素子及び回路を担持する第２のハウジング部分とが共に、光学部品１０を、図３から図８、図１１、図１２の場合には光電子トランシーバ１１０全体を形成する。このとき、光学的ファイバ調整と好ましくは９０°のビーム偏向と視準とは、一体的に、トランシーバ１１０の第１のハウジング部分１１によって、好ましくはオーバーモールドハウジング部分及び第２のハウジング部分１４によって得られる。

光電子半導体パッケージは、第１のハウジング部分１１と、第２のハウジング部分、例えばリードフレーム１４とを有しており、ドライバ及び／又は受信機並びにＡＳＩＣと共に、光学部品１０、図３の場合は光学トランシーバ１１０が形成される。

リードフレーム１４は、典型的には金属の打ち抜き部分であり、当該部分上には、チップ、例えば光学素子１７０；１７０ａ及びＡＳＩＣ１３が、ダイボンディング１２４によって固定されており、ワイヤボンディング２１〜２３によって接触される。ボンディングの後、リードフレーム１４は、典型的には熱硬化性材料でコーティングされ、その接続脚部は自由に打ち抜かれ、場合によっては曲げられる。本発明では、熱硬化性材料の個別のコーティングは不要である。

図６は、図４に係るアセンブリの概略的上面図である。本発明によると、リードフレーム１４を最初に打ち抜く際、２つ以上の調整開口部又は穴５０、５１、５２が、光学素子１７０の固定領域近傍に打ち抜かれる。ダイボンディングを用いる場合、光学素子１７０は、高い精度で、調整開口部５０〜５２の所定の箇所に配置される。リードフレーム１４として構成された部品担体は、特に「オーバーモールド」、すなわちハウジング部分１１のオーバーモールド材料３０でコーティングされる。それによって、オーバーモールド材料３０又はオーバーモールドハウジング部分１１は、好ましくはリードフレーム１４の形の部品担体１４と、調整開口部５０〜５２を用いて揃えられる。スタンピング／エンボス加工、ＵＶ手法（例えばThin Fusionのような）等の、別の「オーバーモールド」技術も考えられるが、重点は「トランスファーオーバーモールド」に置かれる。

したがって、光学素子１７０と光導波路又は光ファイバ１２との間における光線の延び具合に関する公差連鎖（Toleranzkette）は以下の通りである：光学素子１７又は１７０又は１７１又は１７２を形成するチップの配置の正確性（placement accuracy）及びオーバーモールドハウジング部分１１の調整の正確性＋モールド材料の品質が考慮される。

ファイバ調整の特徴は、オーバーモールドハウジング部分（又はモールド材料）そのものの内に存在するので、トランシーバ１１０の場合、オーバーモールドの再現性（mold repeatability）及び反射面３２又は３２１との調整の正確性は、成形工具（mold tooling）にのみ影響を与える。

本発明に係る電気光学トランシーバ１１０又はその結合手段を製造するための本発明に係るステップは、図５に示されている。

ステップ７０において、リードフレーム１４が用意され、ステップ７１において、対応する導体経路が打ち抜かれ、場合に応じてリードフレーム１４の曲げプロセスが行われる。ステップ７２において、リードフレーム１４には、例えば金めっきが施され、ステップ７３において、ＡＳＩＣ７５は、伝導性エポキシ樹脂を通じて、ダイボンディング２４を用いて、リードフレーム１４に固定される。ステップ７６において、やはり伝導性エポキシ樹脂を用いて、光学素子１７０、例えば図４に示したようにＶＣＳＥＬの、又は、図示されていない光ダイオードの正確な固定が行われる。

ステップ７６で正確に調整を行った後、ステップ７７において、ワイヤボンディング（wire bonds）２１、２２、２３等が取り付けられる。

ステップ８１は、オーバーモールド法のステップである。このステップ８１において、ステップ７８で利用可能に保たれたオーバーモールド材料（mold compound）が、その上に取り付けられた光学素子１７又は１７０及びＡＳＩＣ１３と共に、リードフレーム１４の上方に、反射面３２１を有する内部の反射鏡、好ましくは反射面３２を有する内部の円錐形全反射鏡を形成しながら吹き付けられる。

ステップ８４においては、トランシーバ１１０を製造する際、ベルトコンベヤ上で打ち抜き／湾曲‐分離が行われる。

ステップ８５では、光学トランシーバ１１０の機能が試験される。ステップ８６では、ステップ７９で用意された光導波路１２の最終組み立てが行われる。このとき任意的に、ステップ８０及び８３で利用可能になった追加的な金属製ハウジングが、最終組み立ての際のステップ８２及び８３の後で利用可能になった金属のように、ステップ８６において取り付けられる。

図１１及び図１２は、図３〜図７において示されたトランシーバ１１０の外面を示した図である。

「オーバーモールド」の代わりに、他のモールド方法も用いることができることを表現するために、「カプセル化」という言葉を用いても良い。双方向のバージョンも可能である。

上記の説明に基づき、本発明は光電子部品１００を規定している。当該光電子部品は、反射器Ｄに加えて、光学的結合手段３０によって形成されたさらなる円錐形反射器Ｂを有している。図１３〜図１７に示した、左側の反射器Ａは、本発明の追加的特徴である。追加的反射器Ａは、図１３〜図１７に示したように、反射器Ｃに後置されている。両方の反射器の組み合わせは、以下に記載するように機能する。

これら両方の反射器Ａ、Ｃは、上述の第１のハウジング部分１１によって形成され、この第１のハウジング部分は、各反射面ｘ、ｙを形成するように成形されている。

受信機１７２は、光ファイバ（optical fiber core）を通って入射する光を、表面Ｄを通じて受信することが知られている。内部の全反射の結果、光は、円錐形表面Ｃで反射し、それによって９０°方向を転換し、概ね視準される。この光は、反射器Ｃの下方で、光ダイオード又は光検出器６７２に、つまり、第１のハウジング部分１１内部で、特にオーバーモールド接続又はオーバーモールドプラスチックに当たる。他方、エミッタ１７１（ＶＣＳＥＬ）は光を放射し、この光は円錐形反射器表面Ａに衝突する。光線は方向転換し（９０°よりも少なく）、部分的に、内部の全反射の結果、視準される。光線は、第１のハウジング部分１１から、特にオーバーモールドプラスチックから、表面Ｂを通って出射し、再び円錐形表面Ｃを通ってハウジング部分１１に入射する。ＣとＤとは、球面平面凸形レンズを効果的に形成する。

本発明の注目すべき特性は、ＶＣＳＥＬ‐光ダイオード‐クロストークが略ゼロとなる見込みであり、潜在的寄与（Beitraege）が、表面粗さの結果、散乱によってのみ生じ得ることにある。

以下に重要な点を指摘する。

先行技術では、例えばＬＥＤパッケージングの領域において、「透過トランスファーオーバーモールド」が知られている。

本発明では、オーバーモールドが、ハウジングの意味における保護機能を有していること、つまり、機械的な力と水等の環境の影響とからの保護機能を有していることに利点がある。

製造方法に関して言えば、ＡＳＩＣの「ボンディング」及びそれに続く「ワイヤボンディング」及び場合によってはＯＥ部品も、フリップチッププロセスにおいて取り付けられる。さらに、「リードフレーム」に代わって、ＦＲ‐４又はセラミックス等の、その他の基板材料を用いることもできる。

強調されることに、本発明は伝達方向に関連するのみではなく、すでに述べたように、２つの光電子部品並びに１つ又は２つのＡＳＩＣ、さらに２つの鏡及び２つのファイバ溝を用いることもできる。

重点が「トランスファーオーバーモールド」にあるにも関わらず、スタンピング／エンボス加工及びＵＶ手法のような、代替的な「オーバーモールド」技術が考えられる。

特に図１３〜図１７に係る発明について言えば、本発明によって、光電子トランシーバの小型化が実現し、光電子トランシーバ内の部品の数及び大きさが減少する。光学トランシーバは、主に、光学送信機１７１、光学受信機１７２、及び、第１及び第２の光学レンズから成る結合手段３００を有しており、図１５を参照すると、当該光学レンズは、一方では光学送信機１７１の光学出力信号から接続可能な光学光導波路１２へと、及び、他方では同じ光導波路１２の入力信号から受信機１７２へと、光路を変化／方向転換させるためのものである。本発明によると、特に、第１のレンズは、光学送信機の信号のための、結合手段３００内に位置する凹形反射面を有しており、第２のレンズは、光学送信機の出力される信号のための、外側に位置する凸形の伝達面を通じて、到達する信号のための、内側に位置する凹形の反射面を形成する。このように形成されたレンズの位置は、互いに対して、送信信号及び受信信号の効果的な伝達が行われるように決定されている。結合手段を形成する材料は、好ましくは１．３より大きい屈折率を有している。さらに、曲率半径を有する第２のレンズの内面は、全反射の条件が、光導波路１２から境界面に当たる光学信号の光路に関して満たされるように形成されている。さらに、屈折率が１．３より大きい材料を用いることが可能であり、このとき、曲率半径を有する第１のレンズの内面は、全反射の条件が、送信機１７１から境界面に当たる光学信号の光路に関して満たされるように形成されている。

本発明に係る製造方法においては、光素子の調整は、すでに製造段階で保障されており、光の偏向は、コーティングによって、すなわちオーバーモールド材料によって得られる。このような方法で、完成した、内に含まれたユニットが形成され、当該ユニットにおいては、光反射角は、導体板の位置には影響されず、つねに垂直又は光軸の方向に発生する。さらに、ミラー効果は、「円錐ミラー」とも呼ばれる曲面鏡が、点状の光線ではなく、むしろスポット、光点が得られ、それによって確実に光ファイバ内に結合されるように構成されることによって強化又は改善される。

特に図１３〜図１７に示した発明に関して言うと、２つの反射器は以下のように機能する。光ファイバからオーバーモールド材料に入射する光は、表面Ｄを通って受信機に向かって進む。内部の全反射の結果、光は、円錐形表面Ｃから反射し、それによって９０°方向転換し、概ね視準される。次に、光は、反射器の下方で、オーバーモールド材料３０の内部に配置された光ダイオードに当たる。エミッタに関しては、ＶＣＳＬから放射された光は、円錐形反射器表面Ａに衝突する。このとき、光線は（９０°よりも少なく）方向転換し、内部の全反射の結果、部分的に視準される。光線は、オーバーモールド材料から、表面Ｂを通って出射され、円錐形表面Ｃを通って再び入射し、最後に表面Ｄを通って出射される。すでに言及したように、Ｃ及びＤは、効果的な方法で、離心非球面平面凸形レンズを形成する。

「オーバーモールド」の代わりに、他のモールド方法も用いることができることを表現するために、「カプセル化」という言葉を用いても良い。双方向のバージョンも可能である。

上記の説明に基づき、本発明は、すでに説明した反射器の他に、さらなる円錐形反射器を追加的に規定している。図１３〜図１７において、左側の反射器Ａは、本発明の追加的特徴を体現している。追加的反射器Ａは、図１５に示したように、反射器Ｃに後置されている。両反射器の組み合わせは、以下に説明するように機能する。

両方の反射器は、上述した第１のハウジング部分によって形成され、この第１のハウジング部分は、各反射面ｘ、ｙを形成するように成形されている。

受信機は、光ファイバ（optical fiber core）を通って入射する光を、表面Ｄを通じて受信することが知られている。内部の全反射の結果、光は、円錐形表面Ｃで反射し、それによって９０°方向を転換し、概ね視準される。この光は、反射器の下方で、光ダイオード又は光検出器に、つまり、第１のハウジング部分内部で、特にオーバーモールド接続又はオーバーモールドプラスチックに当たる。他方、エミッタ（ＶＣＳＥＬ）は光を放射し、この光は円錐形反射器表面Ａに衝突する。光線は方向転換し（９０°よりも少なく）、部分的に、内部の全反射の結果、視準される。光線は、第１のハウジング部分から、特にオーバーモールドプラスチックから、表面Ｂを通って出射し、再び円錐形表面Ｃを通って入射し、最終的に表面Ｄを通って出射する。ＣとＤとは、球面平面凸形レンズを効果的に形成する。

本発明の注目すべき特性は、ＶＣＳＥＬ‐光ダイオード‐クロストークが略ゼロとなる見込みであり、潜在的寄与（Beitraege）が、表面粗さの結果、散乱によってのみ生じ得ることにある。これは、例えばクロストークを回避するために温度の安定化が必要となり得るような、他の実装には必ずしも該当しない。

指摘しておきたいのは、図１５に示されたジオメトリは、１つの可能な実装に過ぎないということである。例えば、表面Ａは、いくつかの場合において、ひっくり返された平らな表面として構成され得る。表面Ｂ及びＤには、成形された第１のハウジング部分の離脱（Freigabe）を容易にするためか、又は、プリズムとして作用するために、外側へ向けられても良い。

ジオメトリの正確な選択は、コア径及び光ファイバの開口数に影響される。より正確に言うと、開口数が、光線のファイバへの最大入射角を規定する。したがって、開口数が小さくなればなるほど、組み立ての際の、反射器ジオメトリの制御又は管理が正確になる。

１ 送信光線
２ 受信光線
９ ハウジング
１０ 光電子部品
１１ 第１のハウジング部分
１２ 光導波路
１３ ＡＳＩＣ
１４ 第２のハウジング部分
１７ 光学素子
２０ ファイバ調整ノッチ
２１、２２、２３ ワイヤボンディング
２４、２５ 入力／出力表面
３０ プラスチック材料
３２ 反射面
５０、５１、５２ 調整開口部
７５ ＡＳＩＣ
１１０ トランシーバ
１２０ 送信機
１２４ ダイボンディング
１３０ 受信機
１７０、１７１、１７２ 光学素子
１７０ａ ＶＣＳＥＬ
２１０、２２０ 側壁
２３０ 下壁
２４０ 後壁
３００ 結合手段
３０１ 光学的結合手段
３０２ 機械的結合／調整手段
３２１ 反射面
４００、４０１ 第１及び第２の光学レンズ
４１０、４１１ 光学能動的境界面
４１２ 反射面
４１５ 伝達面
６７２ 光検出器
Ａ 反射器
Ｂ 表面
Ｃ 反射器
Ｄ 表面
Ｅ 入力信号

Claims (31)

1. 光電子トランシーバ（１０）であって、
   ａ）光学送信機（１７１）と、
   ｂ）光学受信機（１７２）と、
   ｃ）第１及び第２の光学レンズ（４００、４０１）から成る結合手段（３００）であって、前記光学レンズが、一方では前記光学送信機（１７１）の光学出力信号Ａから接続可能な光学光導波路（１２）へと、及び、他方では前記光導波路（１２）の入力信号Ｅから前記受信機（１７２）へと、光路を変化／方向転換させるための光学能動的境界面（４１０、４１１）で構成されている結合手段（３００）と、を有する光電子トランシーバ（１０）において、
   前記第１のレンズ（４００）は、前記光学送信機の信号のための、前記結合手段（３００）内に位置する凹形反射面（４１０）を有しており、前記第２のレンズは、前記光学送信機の出力される信号のための、外側に位置する凸形の伝達面（４１１）と、到達する信号のための、内側に位置する凹形の反射面（４１２）とを有していることを特徴とする光電子トランシーバ（１０）。
2. 前記結合手段（３００）を形成する材料が、前記レンズの位置を互いに対して決定又は固定することを特徴とする請求項１に記載のトランシーバ。
3. 前記材料は、１．３より大きい屈折率を有しており、曲率半径を有する前記第２のレンズの内面は、全反射の条件が、前記光導波路（１２）から前記境界面に当たる光学信号の光路に関して満たされるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトランシーバ。
4. 前記材料は、１．３より大きい屈折率を有しており、曲率半径を有する前記第１のレンズの内面は、全反射の条件が、前記送信機から前記境界面に当たる光学信号の光路に関して満たされるように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のトランシーバ。
5. 光電子トランシーバ（１０）であって、
   ａ）光学信号を、光導波路（１２）の入力／出力端面（２４、２５）に向けて送出する電気‐光学送信機（１７１）、及び／又は、
   ｂ）光学信号を受信し、電子信号に変換する光学‐電気受信機（１７２）と、
   ｃ）前記送信機及び／又は前記受信機を載置した部品担体（１４）と、前記送信機及び／又は前記受信機を包囲し、光学的結合手段（３０３）と機械的結合手段（３０２）とを形成する結合手段（３００）を有するハウジング部分（１１）と、
   を有する光電子トランシーバ（１０）において、
   前記光学的結合手段（３０１）は、前記電気‐光学送信機（１７１）から来る光学信号を、前記光導波路（１２）の前記入力端面（２４）に誘導又は結合し、及び／又は、前記光導波路（１２）の前記入力／出力端面（２５）から放出される光線を、光学‐電気受信機（１７２）に誘導又は結合すること、
   機械的調整手段（３０２）は、前記光導波路（１２）を、前記電気‐光学送信機（１７１）及び／又は前記光学‐電気受信機（１７２）に関して、効率的な信号伝達のために調整すること、及び、
   前記光学的結合手段（３０３）は、前記送信機から来る光学信号のための第１の反射境界面（４１２）と、前記光導波路から出力される光学信号のための第２の反射境界面（４１０）と、さらに、前記送信機から来る光学信号のための第１及び第２の伝達面（４１５、４１１）とを形成すること、を特徴とする光電子トランシーバ（１０）。
6. 前記ハウジング部分（１１）は、好ましくはオーバーモールド噴霧プロセスによって形成されており、前記部品担体（１４）又はその材料と、噴霧プロセスを通じて接続されていることを特徴とする請求項５に記載の光電子トランシーバ（１０）。
7. 前記ハウジング部分（１１）が、機械的調整手段（３０２）を形成し、前記機械的調整手段は、前記１つの光導波路（１２）と、したがって前記光導波路（１２）の入力／出力面（２４）とを、前記反射境界面（４１０、４１２）から反射した光学信号で調整することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光電子トランシーバ（１０）。
8. 前記プラスチック材料、特に前記オーバーモールド材料が透明であり、屈折率ｎが１．３以上であり、好ましくはｎ＝１．５であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光電子トランシーバ（１０）。
9. 前記機械的結合手段（３０２）が、前記光導波路（１２）のための調整手段の形で、前記ハウジング部分（１１）内に形成されており、好ましくは、前記調整手段は、好ましくは互いに対して傾斜して延在する側壁（２１０、２２０）を有するＶ‐ノッチ（２０）の形で形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光電子トランシーバ（１０）。
10. 前記プラスチック材料が、反射境界面（３２１）を、プラスチック材料と空気との間の移行部において、前記光学送信機（１７１）の上方に形成し、それによって、前記光学送信機（１７１）から放射される光が、前記第１及び第２の伝達面（４１１、４１５）を通じて、前記光導波路（１２）の前記入射端面に反射され、好ましくは視準されることを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の光電子トランシーバ（１０）。
11. 前記ハウジング部分は、透過度の高いプラスチックから成ると共に、前記第１のハウジング部分を構成する際に、第２のハウジング部分の材料と機械的に接続され、前記第２のハウジング部分は、光学素子及び場合によってはその他の部品又は電気回路のための担体であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の光電子トランシーバ。
12. 前記部品担体（１４）は、打ち抜かれた部品担体、好ましくはリードフレームであることを特徴とする請求項５から１１のいずれか一項に記載の光電子トランシーバ。
13. 前記オーバーモールドプラスチック材料は、前記ハウジング部分（１１）と２つの反射器又は反射鏡とを形成し、前記２つの反射器又は反射鏡は、それぞれ前記担体（１４）上に位置する光学素子と前記１つの光導波路の入力端面（及び場合によっては逆）との間で伝達されるべき光のための反射面を形成し、好ましくは、前記反射境界面を形成する前記反射鏡は、それぞれ内部の円錐形全反射鏡であり、前記プラスチックは、その周囲の空気への境界面において、より高い屈折率を有するプラスチック材料から屈折率１の空気に移行することによって、前記反射鏡を形成することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の光電子トランシーバ。
14. 光電子部品（１０）であって、
    光学信号を、光導波路（１２）の入力／出力端面（２４、２５）に向けて送出する、及び／又は、光学信号を受信し、電子信号に変換する光学部品（１７）と、
    前記光学部品（１７）を載置した部品担体（１４）と、
    前記光学部品（１７）を包囲し、光学的結合手段（３０１）と機械的結合手段（調整手段）（３０２）とを形成する結合手段（３００）を有するハウジング部分（１１）と、
    を有する光電子部品（１０）において、
    前記光学的結合手段（３０１）は、前記光学部品（１７）から来る光学信号を、前記光導波路（１２）の前記入力端面（２４）に誘導し、及び／又は、前記光導波路（１２）の前記入力／出力端面（２５）から放出される光線を、前記光学部品（１７）に誘導すること、
    前記機械的調整手段（３０２）は、前記光導波路（１２）を、前記光学部品（１７）に関して、効率的な信号伝達のために調整することを特徴とする光電子部品（１０）。
15. ａ）光学信号を、光導波路（１２）の入力／出力端面（２４、２５）に向けて送出する電気‐光学送信機（１７１）、及び／又は、
    ｂ）光学信号を受信し、電子信号に変換する光学‐電気受信機（１７２）、及び、
    ｃ）前記送信機及び／又は前記受信機を、ハウジング部分（１１）において載置した部品担体（１４）であって、前記ハウジング部分は、前記送信機及び／又は前記受信機を包囲し、光学的結合手段（３０１）と機械的結合手段（３０２）とを形成する結合手段（３００）を有している部品担体（１４）を有する光電子部品（１０）において、
    前記光学的結合手段（３０１）は、前記電気‐光学送信機（１７１）から来る光学信号を、前記光導波路（１２）の前記入力端面（２４）に誘導又は結合し、及び／又は、前記光導波路（１２）の前記入力／出力端面（２５）から放出される光線を、光学‐電気受信機（１７２）に誘導又は結合すること、
    機械的調整手段（３０２）は、前記光導波路（１２）を、前記電気‐光学送信機（１７１）及び／又は前記光学‐電気受信機（１７２）に関して、効率的な信号伝達のために調整することを特徴とする、特に請求項１４に記載の光電子部品（１０）。
16. 前記ハウジング部分（１１）は、好ましくはオーバーモールド噴霧プロセスによって形成されており、前記部品担体（１４）又はその材料と、噴霧プロセスを通じて接続されていることを特徴とする請求項１５に記載の光電子部品（１０）。
17. 前記光学的結合手段（３０１）が、前記光学信号のための反射面（３２１）を形成することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の光電子部品（１０）。
18. 前記第１のハウジング部分（１１）はさらに、前記機械的調整手段（３０２）を形成し、前記機械的調整手段は、前記光導波路の入力／出力面（２４）を、前記反射面（３２１）から反射する光学信号又は前記反射面に向けられた光学信号で調整することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の光電子部品（１０）。
19. プラスチック材料、特にオーバーモールド材料は透明であり、屈折率ｎ＝１．５であることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の光学部品（１０）。
20. 前記機械的結合手段（３０２）が、調整手段の形で、前記第１のハウジング部分（１１）内に形成されており、好ましくは、前記調整手段は、好ましくは互いに対して傾斜して延在する側壁（２１０、２２０）を有するＶ‐ノッチ（２０）の形で形成されていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の光電子部品（１０）。
21. 電気‐光学送信装置（１７１）と、
    前記電気‐光学送信装置（１７１）を載置する担体（１４）と、
    好ましくはオーバーモールド噴霧プロセスを通じて、第２のハウジング部分（１４）の材料と接続された第１のハウジング部分によって形成された結合手段（３００）と、
    を有する光電子部品（１０）において、
    プラスチック材料は、反射面を、前記プラスチック材料と空気との間の移行部において、前記光学送信装置（１７１）の上方に形成し、それによって、前記光学送信装置（１７１）から出発する光は、約９０°方向を転換して、光導波路（１２）の入力端面上に反射し、好ましくは視準されることを特徴とする光電子部品（１０）。
22. 光学的結合手段と機械的結合手段とを、部品ハウジングの形で有する光学的結合装置において、前記部品ハウジングは、光ファイバ調整（物質的又は機械的光導波路調整）と、前記光導波路の入力端面への光線の略垂直な入射を確実にするビーム偏向とを組み合わせるが、これは、好ましくは視準を用いたビーム偏向の際に行われることを特徴とする光学的結合装置。
23. USB 1.0、2.0、3.0コネクタ技術において、当該技術を光学的接続手段によって拡張しながら使用可能である請求項２２に記載の光学的結合装置であって、ファイバ調整並びにビーム偏向及び視準の重要な機能は、唯一の製造ステップにおいて、前記光学結合装置を形成する光電子ハウジングの成形によって得られるものであり、さらなる能動的な調整ステップは不要である光学的結合装置。
24. 第１のハウジング部分と共に、光学素子を担持する第２のハウジング部分とのカプセル化を実施する、請求項２２又は２３に記載の成形されたプラスチック体として形成された光学的結合装置であって、好ましくは前記プラスチック体が、前記光学素子を担持する第２のハウジング部分（担体）に直接成形されている光学的結合装置。
25. 好ましくは９０°のビーム偏向を有する、光ファイバと光学素子（送信及び／又は受信素子）との間における効果的な結合のためのハウジングを有する結合装置において、
    前記結合装置は、成形された、光学的結合装置を形成する透過度の高いプラスチック体を、１つ又は複数の能動素子を担持する担体上に直接設けるか、又は、成形することによって、光ファイバ調整及びビーム偏向並びに焦点調節を設けており、前記プラスチック体は、前記光学的結合装置、すなわち、前記ハウジングの第１のハウジング部分を形成し、その第２のハウジング部分は、例えば担体によって形成されることを特徴とする結合装置。
26. 前記ハウジングは、プラスチック材料又はオーバーモールド材料が、高い透過度を有し、前記第１のハウジング部分を構成する際に前記第２のハウジング部分のさらなる材料と（機械的）接続を形成するように構成されており、前記第２のハウジング部分は、光学素子及び場合によってはその他の部品又は電気回路のための担体であることを特徴とする請求項２５に記載の結合装置。
27. 前記プラスチック又は前記オーバーモールドプラスチック材料は、前記第１のハウジング部分と、前記担体上に位置する１つ又は複数の光学素子と光導波路の入力端面（及び場合によっては逆）との間で伝達されるべき光のための反射面を形成する反射器又は反射鏡とを形成し、好ましくは、反射境界面を形成する前記反射鏡は、内部の円錐形全反射鏡であり、前記プラスチックは、その周囲の空気への境界面において、より高い屈折率を有するプラスチック材料から屈折率１の空気に移行することによって、前記反射鏡を形成することを特徴とする請求項２６に記載の結合装置。
28. 反射器（３２）の他に、さらなる円錐形反射器（Ａ）が設けられていることを特徴とする、特に請求項２２に記載の光学的結合装置。
29. 両方の反射器は、第１のハウジング部分（１１）によって形成され、前記第１のハウジング部分は、それぞれの反射面を形成するように成形されていることを特徴とする請求項２８に記載の光学的結合装置。
30. 受信機は、光ファイバ（optical fiber core）を通って入射する光を、表面を通じて受信し、内部の全反射の結果、前記光は、円錐形表面で反射し、それによって９０°方向を転換し、概ね視準され、前記反射器の下方で、光ダイオード又は光検出器に、つまり、前記第１のハウジング部分（１１）内部で、特にオーバーモールド接続又はオーバーモールドプラスチックに当たる一方で、エミッタ（ＶＣＳＥＬ）は光を放射し、前記光は円錐形反射器表面に衝突し、前記光線は方向転換し（９０°よりも少なく）、部分的に、内部の全反射の結果、視準されるので、前記光線は、前記第１のハウジング部分から、特に前記オーバーモールドプラスチックから、表面Ｂを通って出射し、再び円錐形表面Ｃを通って入射し、最終的には表面Ｄを通って出射することを特徴とする請求項２８又は２９に記載の光学的結合装置。
31. 前記表面は、球面平面凸形レンズを効果的に形成することを特徴とする請求項３０に記載の光学的結合装置。

Images