JP2019526838A - 光学モジュールデバイスおよびこれを製造する方法 - Google Patents

Abstract

光学素子１１０と、光学素子１１０がその上に配置される基板１００と、光学素子１１０との光通信を実施する１本または複数の光ファイバ２００と、光ファイバ２００が固定され、光学素子１１０と光ファイバ２００との間の光結合を実施する光学ベンチ３００と、光学ベンチ３００を被覆するカバーブロック４００と、銅ケーブルレセプタクル５００とを含む、光学モジュールデバイス。【選択図】 図１

Description

本開示は、光学モジュールデバイスおよびこれを製造する方法に関する。

近年、様々なマルチメディアサービスが出現するにつれて、大容量の情報を交換する必要性が増大しており、結果、ネットワークを介して送信されるデータの量も増大している。特に、超高精細（ＵＨＤ）テレビ（ＴＶ）が使用されるようになったために、従来の銅線の送信容量はその限界に達している。したがって、光ファイバベースの信号送信方法が実際に適用されるようになってきている。光ファイバの動作は、電磁干渉の影響を受けないため、広帯域送信とともに、光ファイバは、大容量データ送信を必要とする高精細デジタルビデオ表示デバイスを含む、デジタルメディアの大容量送信に広く適用されている。

韓国登録特許第１５０２３１８号

光学モジュールデバイスは、光ファイバを介して受信される光信号を電気信号に変換するデータ受信デバイス、または、電気信号を光信号に変換し、光ファイバを介して光信号を送信するデータ送信デバイスである。光学モジュールデバイスは、送信または受信動作中に光信号の損失を最小限に抑えるために、デバイスを構成する要素の配列を調整するために位置合わせを必要とする。また、複数の光ファイバを利用する光学モジュールデバイスには、光ファイバの間の光学的クロストークのような光学的歪み現象が生じるという欠点がある。

本開示は、光学モジュールデバイスの厚さを低減し、光学モジュールデバイスの構造を単純化することによって光信号の損失を最小限に抑え、同時に、製造コストを低減する光学モジュールデバイス、および、光学モジュールデバイスを製造する方法に関する。

本開示はまた、組み立て時間を削減することができるように、複数のチャネルの能動的な光学的位置合わせを最小限に抑える光学モジュールデバイス、および、光学モジュールデバイスを製造する方法にも関する。

本開示はまた、構成要素の位置合わせと関連付けられる誤差を最小限に抑える光学モジュールデバイス、および、光学モジュールデバイスを製造する方法にも関する。

本開示の一態様によれば、１つまたは複数の光学素子と、１つまたは複数の光学素子との光通信を実施するように構成されている１本または複数の光ファイバと、基板の上面の設定位置において、１つまたは複数の光学素子および１つまたは複数の光学素子を駆動するための集積回路（ＩＣ）デバイスがその上に取り付けられる基板と、ベンチ本体、１つまたは複数の光ファイバが長さ方向において挿入され、着座される着座溝、および、着座溝の一端に形成され、１つまたは複数の光学素子と１本または複数の光ファイバとの間で送信される光を集中させ、集中した光の方向を変化させるように、１本または複数の光ファイバに面する光学ユニットを含む光学ベンチと、ベンチ本体に対応するカバー本体、１本または複数の光ファイバに対応する１つまたは複数のレンズを含み、光学ユニットと光ファイバとの間で送信される光を集中させるように構成されているレンズアセンブリ、着座溝に対応する位置においてカバー本体の底面がそこから突出し、１本または複数の光ファイバを保持するリテーナ、および、カバー本体の上面からリテーナを通じて形成される注入ポートを含むカバーであって、光学ベンチに結合されるように構成されているカバーとを備える、光学モジュールデバイスが提供される。

本開示の別の態様によれば、光学モジュールデバイスを製造する方法であって、１つまたは複数の光学素子およびＩＣデバイスが配置されるべき位置に配線が印刷され、光学ベンチの位置合わせのための参照マークが印刷される上面を有する基板を提供することと、１つまたは複数の光学素子およびＩＣデバイスを配線上に取り付けることと、参照マークに基づいて基板上に光学ベンチを設置し、光学ベンチを位置合わせさせることと、カバーを光学ベンチに結合することと、着座溝とリテーナとの間の空間内に１本または複数の光ファイバを挿入することと、１本または複数の光ファイバの各々の光路を調整することと、接着剤注入ポートを通じて接着剤を注入し、接着剤を硬化させることとを含む、方法が提供される。

本開示の追加の特徴、利点、および実施形態が、詳細な説明および図面に記載され得、それらの考察から明らかになり得る。その上、上記の本開示の概要および以下の詳細な説明ならびに図面は例示であり、特許請求されているものとしての本開示の範囲を限定することなく、さらなる説明を提供するように意図されていることを理解されたい。

本開示のさらなる理解を与えるために含まれており、本明細書に組み込まれるとともにその一部を構成する添付の図面は、本開示の実施形態を示し、詳細な説明とともに、本開示の原理を説明する役割を果たす。本開示および本開示を実践することができる様々な方法の基本的な理解に必要であり得る分を超えて、より詳細に本開示の構造的詳細を示すことは企図されていない。

本開示の一実施形態による、光学モジュールデバイスの分解斜視図である。 図１の光学モジュールデバイスの基板の斜視図である。 図１の光学モジュールデバイスの光学ベンチの透過斜視図である。 図１の光学モジュールデバイスのカバーブロックの透過斜視図である。 図３の光学ベンチおよび図４のカバーブロックが互いに結合されている状態を示す図である。 本開示の別の実施形態による、光学モジュールデバイスの結合状態を示す図である。 本開示の別の実施形態による、光送信機の光路の図である。 光送信機内で光を集中させるために凸レンズのみが使用される比較例における光路の図である。 本開示の別の実施形態による、光受信機の光路の図である。 光受信機内で光を集中させるために凸レンズのみが使用される比較例における光路の図である。 図３の光学ベンチが図２の基板上に取り付けられている状態を示す斜視図である。 本開示の一実施形態による、光学モジュールデバイスの斜視図である。

本開示は、以下の詳細な説明においてさらに説明される。

本開示ならびにその様々な特徴および利点の詳細が、非限定的な実施形態および例を参照することによってより十分に説明される。当該実施形態および例は、添付の図面に記載および／または図解され、以下の説明において詳述される。図面に示されている特徴は必ずしも原寸に比例して描かれてはおらず、１つの実施形態の特徴は、たとえ本明細書において明示的に記載されていない場合であっても、当業者が理解するように他の実施形態によって利用されてもよいことに留意されたい。周知の構成要素および処理技法の記述は、本開示の実施形態を不必要にあいまいにしないように、省かれている場合がある。本明細書において使用されている例は、本開示が実践され得る方法の理解を促進し、さらに当業者が本開示の実施形態を実践することを可能にするようにのみ意図されている。したがって、本明細書における例および実施形態は、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。その上、同様の参照番号は、図面のいくつかのビュー全体を通じて同様の部分を表すことに留意されたい。

図１は、本開示の一実施形態による、光学モジュールデバイス１０の分解斜視図である。

図１に示すように、光学モジュールデバイス１０は、１つまたは複数の光学素子１１０と、１つまたは複数の光学素子１１０をその上に配置することができる基板１００と、１つまたは複数の光学素子１１０との光通信を実施する１本または複数の光ファイバ２００と、１本または複数の光ファイバ２００を固定することができ、光学素子１１０と光ファイバ２００との間の光結合を実施することができる光学ベンチ３００と、光学ベンチ３００を被覆するカバー４００と、ケーブルレセプタクル５００とを含む。

図２は、図１の基板１００の斜視図である。

図２に示すように、基板１００は、例えば、基板１００の第１の表面（例えば、上面または底面）上に、１つまたは複数の光学素子１１０と、光学素子１１０を駆動するための集積回路（ＩＣ）デバイス１２０と、基板１００に結合されることになる要素を配列するための１つまたは複数の参照マーク１３０とを含む。基板１００は、例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）を含んでもよい。光学素子１１０をＩＣデバイス１２０に結合するための配線、および参照マーク１３０を、製造または生産時に基板１００上に印刷することができる。基板１００は、光学ベンチ３００（図３に示す）を基板１００に固定するために脚部３５０（図３に示す）を挿入することができる１つまたは複数の脚部挿入孔１４０を含むことができる。

光学素子１１０は、光学モジュールが光送信機であるときは発光素子を含んでもよい。発光素子は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオードなどを含んでもよい。

光学素子１１０は、光学モジュールが光受信機であるときは光検出器を含んでもよい。光検出器は、例えば、フォトダイオードなどを含んでもよい。

光学素子１１０は、双方向通信のために発光素子と光検出器の両方を含んでもよい。

光学素子１１０の数は、光ファイバ２００の数に基づくことができ、結果、例えば、光学素子１１０の数は光ファイバ２００の数と同じである。テープスロット形状の光ファイバが、例えば、４本の光ファイバ２００を結合することによって形成されてもよい。テープスロット形状の光ファイバが利用されるとき、４つの光学素子１１０が、光ファイバコアの間の分離に対応する距離だけ分離されて配置されてもよい。

ＩＣデバイス１２０は、光学素子１１０を駆動するための回路である。光を放出するように光学素子１１０を駆動するための信号をＩＣデバイス１２０に印加することができ、この光は、光学素子１１０に入力される電気駆動信号に従って放出される。

図１および図２を参照すると、例えば銅線を含むハイブリッドケーブルが１本または複数の光ファイバ２００に結合されるべきであるとき、基板１００の第２の表面（例えば、底面または上面）上にレセプタクル５１０（図２に示す）を設置することができる。レセプタクル５１０は、銅ケーブル５３０を接続するかまたは一体的に形成することができるコネクタ５２０を受け入れ、保持するように構成することができる。参照マーク１３０が、基板１００上に設けられ得、光学素子１１０からの放射光が光ファイバ２００に効率的に衝突することができるように、光学ベンチ３００を正確に配置することができる参照点としての役割を果たすことができる。光学素子１１０および光学ベンチ３００の光学ユニット３２０（図３に示す）の位置決めは、光学素子１１０からの放射光が光ファイバ２００に効率的かつ効果的に衝突することができるように、正確であるべきであり、容易に実施されるべきである。言い換えれば、光学ベンチ３００および基板１００は、正確な位置において互いに結合されるべきである。

要素が、例えば、ピックアンドプレース機器（図示せず）を使用して基板１００上に配置されているとき、要素は、例えば、光検出器（図示せず）を使用して参照マーク１３０をチェックすることによって、それらの正確な位置に位置決めおよび配置することができる。少なくとも２つ以上の参照マーク１３０を、正確さを期すために基板１００上に形成することができる。参照マーク１３０は、図２に見られるように、参照マーク１３０の間に光学素子１１０が配置されている状態で、光学素子１１０のものと同じ軸上に配置することができる。基板１００上の参照マーク１３０は、光学素子１１０およびＩＣデバイス１２０の配線パターンの形成と同時に形成することができる。

例えば、基準マークが、参照マーク１３０として使用されてもよい。参照マーク１３０は、例えば、印刷パターン、溝、突起、ピン、または、位置合わせを目的として使用することができる任意の他のアイテムを含んでもよい。

参照マーク１３０は、基板１００がガラスエポキシＰＣＢを含む場合は、例えば、約５０μｍの精度で形成することができ、または、基板１００がセラミックＰＣＢを含む場合は、例えば、約１０μｍの精度で形成することができる。光学ベンチ３００の参照マーク１３０は、例えば、マスクを使用して金属を堆積することによって、マイクロメートル未満程度の精度で形成することができる。構成要素が、基板１００上に形成されている参照マーク１３０を使用して基板１００上で位置合わせされるとき、マイクロメートル未満のレベルの精度を実現することができる。

参照マーク１３０は、例えば、特許文献１に記載されているような、基板上に形成されている結合参照溝、および、光学ベンチ上に形成されている脚部によって利用することができる、光学的位置合わせのための参照溝を含むことができる。参照溝が基板上に形成されるとき、ドリル公差、および、穿孔中の処理公差に起因して、およそ±１５μｍの誤差が生じる場合がある。

本開示の実施形態におけるように、構成要素が参照マーク１３０を使用して基板１００上で位置合わせされるとき、基板１００内に孔を形成することに関する公差に起因する位置ずれが生じるのを防止することができる。また、上記で説明したように基板上の参照溝および光学ベンチ上の脚部を使用した位置合わせを利用し、参照マーク１３０を使用したさらなる位置合わせを利用することによって、精度をさらに向上させることができ、より高精度の製造工程を容易にすることができる。

図３は、光学ベンチ３００の透過斜視図である。

図３に示すように、光学ベンチ３００は、ベンチ本体３１０と、光学素子１１０からの放射光を集中させ、集中した光を光ファイバ２００に送達する光学ユニット３２０と、光ファイバ２００が着座することができる着座溝３３０と、着座溝３３０の対向する（例えば、右および左の）側面に形成される側壁部分３４０と、光学ベンチ３００が基板１００に固定されることを可能にする脚部３５０とを含むことができる。ベンチ本体３１０は、例えば、図１に示されるようなブロック形状本体を含んでもよい。

着座溝３３０は、例えば、ベンチ本体３１０の長さ方向に対して中央の領域内に形成することができ、結果、光ファイバ２００がその中に着座することができる。着座溝３３０の幅は、着座（または挿入）されるべき光ファイバ２００の各々の直径の集約幅に対応するように設定することができる。着座溝３３０の表面は、例えば、三角形（∧）形状、半円形状、もしくは「Ｕ」字（∩）形状、または、着座溝３３０内で対応する光ファイバ２００を保持するか、もしくは、保持を容易にする役割を果たすことができる任意の他の形状のような、１つまたは複数の成形溝（図示せず）を含んでもよい。本実施形態におけるように、４本の光ファイバを平行に結合することによって得られるテープスロット形状の光ファイバが使用されるとき、着座溝３３０の幅は、光ファイバ２００の各々の直径に４を乗算し、乗算結果に所定のマージンを加算することによって決定することができる（光ファイバ径×４＋マージン）。適切なマージンは、光ファイバ２００が着座溝３３０内に容易に着座（または挿入）され、着座後は動かないように決定することができる。着座溝３３０の深さは、光ファイバ２００の各々の直径よりも大きくすることができる。

本体３１０は、光ファイバ２００を中に挿入することができる１つまたは複数の挿入ポート３３１を含むことができる。挿入ポート３３１は、挿入ポート３３１の各々の幅が着座溝３３０の幅よりも大きくなり、着座溝３３０の幅へと内向きにテーパ状になるように、テーパ状の側面を有するように形成することができる。挿入ポート３３１は、光ファイバ２００がベンチ本体３１０に挿入されているときに、光ファイバ２００を着座溝３３０内へと誘導するように形成することができる。着座溝３３０の壁面を形成する側壁部分３４０は、着座溝３３０の対向する（例えば、右および左）側面に形成することができる。

ベンチ本体３１０は、カバー４００の対応する１つまたは複数のポート４４１（図４に示す）を受け入れるように構成することができる１つまたは複数の固定溝３４１を含むことができる。固定溝３４１は、ポート４４１に堅固に係合し保持するための突起４４１１を受け入れるための凹部３４１を含むことができる。固定溝３４１は、例えば、側壁部分３４０の外面内に形成することができる。

光学ユニット３２０は、光ファイバ２００の端部が着座する場所に近接する位置に形成することができる。光学ユニットは１つまたは複数のレンズを含むことができる。光学ユニット３２０は、光学素子１１０の対応する発光素子および／または光検出器に面するように位置決めすることができる第１のレンズ３２１を含むことができる。光学ユニット３２０は、反射器ユニット３２２を含むことができ、これは、光学素子１１０の光路に沿って放射光を偏向させるために第１のレンズ３２１上に形成することができる。反射器ユニット３２２は、放射光を例えば９０度だけ偏向させるように構成することができる。第１のレンズ３２１が、光受信効率が最高である距離だけ光学素子１１０から離間されるように、光学素子１１０と光学ユニット３２０との間に空間を形成することができる。着座溝３３０の底部の高さは、光学素子１１０と第１のレンズ３２１との間の分離距離に対応するように設定することができる。第１のレンズ３２１は、例えば、光を集中させるための凸レンズを含むことができる。反射器ユニット３２２は、例えば、プリズム、反射器、または、反射面上の高反射性コーティングを含んでもよい。プリズム、反射器、または反射面は、例えば、約４５度の傾斜角を有することができる。

ベンチ本体は１つまたは複数の脚部３５０を含むことができる。脚部３５０は、光学ベンチ３００を基板１００上に設置する役割を果たすことができる。脚部３５０は、脚部挿入孔１４０の位置に対応する位置において、本体３１０の底面上に、例えば、ピラー、ピン、ロッドなどの形状で形成することができる。脚部３５０および脚部挿入孔１４０を結合することによって、光結合に適した位置において、光学ベンチ３００を基板１００上に固定することができる。

図４は、本開示の原理による、カバー４００の一例の透過斜視図である。

図５は、一実施形態において光学ベンチ３００およびカバー４００が互いに結合されている状態を示す断面図である。図５に見られる例において、光学モジュールデバイス１０は、光送信機として機能することができる。

図６は、一実施形態において光学ベンチ３００およびカバー４００が互いに結合されている状態を示す断面図である。図６に示す例において、光学モジュールデバイス１０は、光受信機として機能することができる。

以降、カバー４００の一例を図４〜図６を参照しながら説明する。

図４に示すように、カバー４００は、カバー本体４１０、光学ユニット３２０を介して送達される光学素子１１０からの放射光を集中させるレンズアセンブリ４２０、接着剤を注入することができる注入ポート４５０、光ファイバ２００を保持することができるリテーナ４３０、リテーナ４３０の対向する（例えば、右および左の）側面に形成される側壁４４０、および、光ファイバ２００の端部の位置を制限することができるステップジョー（または光ファイバストッパ）４６０を含む。本開示の一態様によれば、例えば、光学ベンチ３００、光ファイバ２００、および／またはカバー４００を含む、光学モジュールデバイス１０内の構成要素を互いに堅固に固定するために、注入ポート４５０を通じて接着剤（図示せず）を注入することができる。リテーナ４３０は、着座溝３３０上に配置されるために、着座溝３３０の幅と実質的に同じ幅を有するように形成することができる。

リテーナ４３０は、例えば、三角形（∧）形状、半円形状、もしくは「Ｕ」字（∩）形状、または、着座溝３３０（図３に示す）内で対応する光ファイバ２００を保持するか、もしくは、保持を容易にする役割を果たすことができる任意の他の形状のような、１つまたは複数の成形溝を含むことができる。着座溝３３０は、リテーナ４３０内の成形溝に対応する成形溝（図示せず）を含むことができることに留意されたい。リテーナ４３０内の溝（および／または着座溝３３０）の数は、光ファイバ２００の長さ方向における光ファイバの数に対応することができる。リテーナ４３０の底面の高さは、光ファイバ２００が各々、複数の溝（例えば、∧または∩形状の溝）内に保持されるように、設定することができる。リテーナ４３０の底面は、実質的に安定した堅固な適合を可能にするように、リテーナ４３０を光学ベンチ３００の着座溝３３０および側壁部分３４０内に挿入および適合させることができるように、側壁４４０の底面の間で突出する部分を有するように、ステップ状の構成（図示せず）を有するように構築することができる。

注入ポート４５０は、カバー本体４１０の上面を通じて形成することができる。注入ポート４５０は、リテーナ４３０の幅と同じ幅を有するように形成することができる。注入ポート４５０は、着座溝３３０に挿入される光ファイバ２００の端部から設定距離だけ離間されるように形成することができる。着座溝３３０に挿入される光ファイバ２００が光学ベンチ３００に固定されて、動かないようにすることができるように、例えば、エポキシのような接着剤を、注入ポート４５０を通じて注入することができる。光学ベンチ３００およびカバー４００によって形成される空洞内に接着剤が注入されると、接着剤は、毛細管作用に起因して、個々の光ファイバ２００の間、および、光ファイバ２００とリテーナ４３０の溝（および／または着座溝３３０）との間を流れることになる。注入ポート４５０は、空洞内で接着剤を効率的に送達することを容易にするように、図５に見られるように、テーパ形状を有する入口を含むことができる。注入ポート４５０は、図５に見られるように、カバー４００が光学ベンチ３００に嵌合するときに光ファイバ２００の端部に近接して配置されるように位置決めすることができる。

ステップジョー（または光ファイバストッパ）４６０は、レンズアセンブリ４２０と注入ポート４５０との間に配置することができる。ステップジョー４６０は、カバー４００の底面が中で突出する突起として形成することができる。光ファイバ２００の端部の位置は、ステップジョー４６０によって制限することができる。ステップジョー４６０の高さは、光ファイバ２００の端部に入射する光の損失が生じないように、コーティング層の厚さおよびクラッド層の厚さに対応するように設定することができる。ステップジョー４６０は、接着剤がステップジョー４６０を通り越してレンズアセンブリ４２０に向けて流れるのを防止するシールを可能にするように、光ファイバ２００の輪郭の形状に一致するように構成することができる。本体４１０の側面の端部から延伸する固定ポート４４１が、光学ベンチ３００の固定溝３４１に対応する位置に形成され、結果、カバー４００と光学ベンチ３００との間の結合を補強することができる。固定ポート４４１は、ベンチ本体３１０内の対応する溝３４１１に係合し、その中に係止するフック４４１１の形態で形成することができる。

レンズアセンブリ４２０は、光学ユニット３２０と光ファイバ２００の端部との間に配置される。レンズは、光ファイバ２００の各々に対して配置される。レンズは、光学収差を低減するように、非球面レンズとすることができる。レンズアセンブリ４２０のレンズは、光学モジュールデバイス１０が受信機であるかまたは送信機であるかに応じて異なるように構成することができる。前述したように、図５は、光学モジュールデバイス１０が光送信機であるときのレンズアセンブリ４２０の一例を示し、図６は、光学モジュール１０が受信機であるときのレンズアセンブリ４２０の一例を示す。

図５を参照すると、レンズアセンブリ４２０は、反射器ユニット３２２に面するように配置されている第２のレンズ４２１と、光ファイバ２００に面するように配置されている第３のレンズ４２２とを含むことができる。第２のレンズ４２１および第３のレンズ４２２は、別個のレンズとして形成されてもよく、または、単一のレンズとして形成されてもよい。反射器ユニット３２２によって反射される光を拡散させるために、凹レンズを第２のレンズ４２１として使用することができ、光ファイバ２００の端部に向けて光を集中させるために、凸レンズを第３のレンズ４２２として使用することができる。レンズアセンブリ４２０は、一方の側面に第２のレンズ４２１を形成する（または取り付ける）ことができ、もう一方の、対向する側面に第３のレンズ４２２を形成する（または取り付ける）ことができるレンズバー４２３を含むことができる。第２のレンズ４２１と第３のレンズ４２２との間の経路は、光学的損失を最小限に抑えることができる光路であるように設計することができる。

図６を参照すると、光学素子１１０（図６においては１１０ｂとして示す）は、例えば、１つまたは複数のフォトダイオードを含むことができる。レンズアセンブリ４２０は、第２のレンズ４２１’のための凸レンズと、第３のレンズ４２２’のための凹レンズとを含むことができる。第２のレンズ４２１’および第３のレンズ４２２’は、単一のレンズとして形成されてもよく、または、別個のレンズとして形成されてもよい。他の構成要素は、図５を参照して上述した光送信機のものと同じである。

以降、本開示の本実施形態による光学モジュールデバイス１０内の光路を、図７〜図１０を参照しながら説明する。図７は、光学モジュールデバイス１０が光送信機として構成されている本開示の一実施形態を示し、図８は、光学モジュールデバイス１０が光送信機として構成されている本開示の一例を示し、図９は、光学モジュールデバイス１０が光受信機として構成されている本開示の一実施形態を示し、図１０は、光学モジュールデバイス１０が光受信機として構成されている本開示の一例を示す。

図７を参照すると、光学モジュールデバイス１０が光送信機として構成されているとき、光学素子１１０（光学素子１１０ａとして示される）から放出される放射光Ｒが、第１のレンズ３２１によって集中され、反射器ユニット３２２によって、例えば約９０度だけ偏向され、第２のレンズ４２１に送達される。見てとれるように、第１のレンズ３２１は凸レンズであってもよく、第２のレンズ４２１は凹レンズであってもよい。第２のレンズ４２１は、受信光を放出することによって光学的効率を増大させ、凸レンズであってもよい第３のレンズ４２２は、受信光を光ファイバ２００のコアへと集中させ、送達する。光学素子１１０ａの放射光は第１のレンズ３２１によって集中され、レンズアセンブリ４２０によってさらに集中され、結果、光ファイバ２００に入射する光の角度は、例えば、光ファイバ２００の開口数（ＮＡ）以下になる。

図８は、光送信機内の第２のレンズ４２１’’として凸レンズが使用される、図７の実施形態に対する比較例を示す。図示のように、第２のレンズ４２１’’として凸レンズが使用されるとき、反射器ユニット３２２によって反射される光に対する、凸レンズの表面上で散乱する光の比ｒ’が増大する。凸レンズの表面上の散乱光が増大することに起因して、光学的クロストーク、リターンロス、およびエアリーディスクなどのような光学的歪み現象の増大を、図８の比較例の光学的シミュレーションを通じて確認することができる。図７の本開示の実施形態におけるように、非球面凹レンズが光送信機内の第２のレンズ４２１として使用されるとき、光学的クロストーク、リターンロス、およびエアリーディスクなどのような光学的歪み現象を低減することができる。

図９に示すように、光学モジュールデバイスが光受信機として構成されるとき、光ファイバ２００から受信される光の開口は、凹レンズであってもよい第３のレンズ４２２’によって拡大することができ、その後、光は凸レンズであってもよい第２のレンズ４２１’によって集中させることができ、反射器ユニット３２２によって例えば約９０°だけ偏向させることができ、凸レンズであってもよい第１のレンズ３２１に送達することができる。第１のレンズ３２１は、送信光を、１つまたは複数の光検出器を含む光学素子１１０ｂへと集中させることができ、集中した光を送達する。光ファイバ２００から受信される光は、レンズアセンブリ４２０によって一度集中させることができ、第１のレンズ３２１によって再び集中させることができ、結果、光を光学素子１１０ｂに強く入射させることができる。

図１０は、光受信機内の第３のレンズ４２２’’として凸レンズが使用される、図９の実施形態に対する比較例を示す。図示のように、第３のレンズ４２２’’として凸レンズが使用されるとき、レンズの表面上で散乱する光の比ｒ’が増大する。凸レンズの表面上の散乱光が増大することに起因して、光学的クロストーク、リターンロス、およびエアリーディスクなどのような光学的歪み現象の増大を、図１０の比較例の光学的シミュレーションを通じて確認することができる。図９の本開示の実施形態におけるように、非球面凹レンズが光受信機内の第３のレンズ４２２’として使用されるとき、光学的クロストーク、リターンロス、およびエアリーディスクなどのような光学的歪み現象を低減することができる。

図１１は、光学ベンチ３００が基板１００に結合されている状態を示す斜視図であり、図１２は、カバー４００が光学ベンチ３００に結合されており、次いで光学ベンチ３００が基板１００に結合されており、光ファイバ２００が光学ベンチ３００およびカバー４００によって形成される空洞内に挿入されている状態を示す。図１１および図１２の実施形態におけるように、光学ベンチ３００の脚部３５０が基板１００の脚部挿入孔１４０内に挿入され、光学ベンチ３００の位置合わせが参照マーク１３０に基づいて実施されると、光学素子１１０の各光学素子が、光学ユニット３２０の対応する第１のレンズ３２１に面するように配置される。カバー４００が光学ベンチ３００に結合されると、レンズアセンブリ４２０が、反射器ユニット３２２に面するように配置される。光ファイバ２００が着座溝３３０内に挿入されると、光ファイバ２００の各端部が、レンズアセンブリ４２０の対応する第３のレンズ４２２に面するように配置される。レンズアセンブリ４２０のレンズバー４２３の幅およびステップジョー４６０の位置を調整することによって、最適な光路を形成することができる。ステップジョー４６０の位置から所定の距離だけ離間されてリテーナ４３０に向けて形成されている注入ポート４５０を通じて接着剤が注入され、硬化されると、光ファイバ２００は、リテーナ４３０と着座溝３３０との間に固定することができる。

本開示の一実施形態に従って光学モジュールデバイスを製造する方法を、図１１および図１２を参照しながら説明する。最初に、光学素子１１０およびＩＣデバイス１２０が配置されることになる位置において、基板（またはＰＣＢ）１００上に配線を印刷することができ、参照マーク１３０が好ましくは、この時点において配線とともに印刷される。光学素子１１０およびＩＣデバイス１２０は、例えば、ピックアンドプレース機器などを使用して、参照マーク１３０に基づいて配線に結合することができる。次に、ピックアンドプレース機器などを使用して、参照マーク１３０に基づいて、光学ベンチ３００を配置することができる。光学ベンチ３００の脚部３５０を、脚部挿入孔１４０内に挿入することができる。固定力を増大させるために、脚部３５０が接着剤でコーティングされた後に、脚部３５０を脚部挿入孔１４０に挿入して結合することができる。光学ベンチ３００の位置合わせは、参照マーク１３０に基づいて実施することができる。位置合わせが参照マーク１３０に基づいて実施されるとき、脚部挿入孔１４０および脚部３５０を結合することによってのみ実施される位置合わせと比較して、正確度を劇的に増強することができる。これは、脚部挿入孔１４０が基板１００内に形成されるときの許容誤差に起因して位置合わせ誤差が生じることが防止されるためである。次に、カバー４００を光学ベンチ３００に結合することができる。固定ポート４４１を固定溝３４１内に挿入することができ、結果、固定力が増大する。例えば、係止要素３４１１および４４１１のようなフック構造が利用されるとき、ワンタッチ結合が可能である。次に、光ファイバ２００を、着座溝３３０とリテーナ４３０との間に形成される空間（または空洞）内に挿入することができる。ステップジョー４６０がカバー４００上に形成されることに起因して、光ファイバ２００の端部の位置を、最適な光路を維持することができるように、制限することができる。光ファイバ２００は、光路を調整するために長さ方向に沿って動かすことができる。光ファイバ２００が挿入された後、注入ポート４５０を通じて接着剤を注入することができる。光ファイバ２００の光路を調整した後、光ファイバ２００を着座溝３００から取り出して、光ファイバ２００を接着剤でコーティングする工程は省略されてもよい。これは、工程を単純化し、製造コストを低減する助けとなる。その一方で、光ファイバ２００が銅ケーブルを含むハイブリッドケーブルであるとき、銅ケーブル５３０を結合することができるレセプタクル５１０を、基板１００の底面上に設置することができる。レセプタクル５１０の配置位置は、基板１００の底面に限定されない。銅ケーブル５３０のレセプタクル５１０は、光ファイバ２００としてハイブリッドケーブルが使用されるとき、銅ケーブル５３０を基板１００上に直接はんだ付けする工程を省略することができ、結果、組み立て時間が削減され、製造コストが低減するように設けることができる。

本開示の実施形態によれば、ガラス光ファイバ、プラスチック光ファイバ、またはハイブリッドケーブルが、光ファイバ２００として使用されてもよい。

上述したように、本開示の実施形態によれば、要素の間の光結合の効率を向上させることができる光学モジュールデバイスが提供される。また、位置合わせ工程の公差を大きく向上させることもでき、結果、製品の欠陥率を低減することができ、光学的位置合わせを単純化することができ、結果、製造工程の数を低減することができ、光学モジュールの厚さを低減することができ、光学モジュールの構造を単純化することができ、光学モジュールデバイスの製造コストを低減することができる。

本開示によれば、光の高速送信中に、光学的クロストーク、リターンロス、エアリーディスクなどを含む光学的歪み現象を防止することができるように、非球面凹レンズを、散乱光を最小限に抑え、入射光を拡散させるために利用することができる。また、本開示によれば、より大きい位置合わせ公差を得るために、凹レンズを含むトリプルレンズシステムを利用することができ、結果、構成要素の組み立て工程を容易にすることができる。加えて、本開示の実施形態によれば、処理が単純化され、結果、製造時間を削減することができる。

用語「含む」、「備える」およびその変化形は、本開示において使用される場合、明示的に別途指定されない限り、「含むが、限定されない」ことを意味する。

用語「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、本開示において使用される場合、明示的に別途指定されない限り、「１つまたは複数」を意味する。

互いに通信しているデバイスは、明示的に別途指定されない限り、互いに連続的に通信している必要はない。加えて、互いに通信しているデバイスは、直接的に通信してもよく、または、１つまたは複数の中間物を通じて間接的に通信してもよい。

プロセスステップ、方法ステップ、アルゴリズムなどが、連続的な順序において記載されている場合があるが、そのようなプロセス、方法およびアルゴリズムは、代替の順序において機能するように構成されてもよい。言い換えれば、記載されている場合があるステップの任意の系列または順序は必ずしも、ステップがその順序において実施される必要があることを示すとは限らない。本明細書において記載されているプロセス、方法またはアルゴリズムのステップは、実際には任意の順序において実施されてもよい。さらに、いくつかのステップは、同時に実施されてもよい。

単一のデバイスまたは物品が本明細書において記載されている場合、単一のデバイスまたは物品の代わりに２つ以上のデバイスまたは物品が使用されてもよいことは容易に明らかとなろう。同様に、２つ以上のデバイスまたは物品が本明細書において記載されている場合、２つ以上のデバイスまたは物品の代わりに単一のデバイスまたは物品が使用されてもよいことは容易に明らかとなろう。デバイスの機能または特徴は代替的に、そのような機能または特徴を有するものとして明示的に記載されていない１つまたは複数の他のデバイスによって具現化されてもよい。

本開示は例示的な実施形態に関して記載されているが、本開示は、添付の特許請求項の趣旨および範囲内で修正して実践することができることが、当業者には認識されよう。これらの例は例示に過ぎず、本開示のすべての可能な設計、実施形態、応用形態または修正形態の網羅的なリストであるようには意図されていない。

Claims (20)

1. 光学モジュールデバイスであって、
   １つまたは複数の光学素子と、
   前記１つまたは複数の光学素子のうちの対応する光学素子と連通する１本または複数の光ファイバと、
   基板上の設定位置において、前記１つまたは複数の光学素子および前記１つまたは複数の光学素子を駆動するための集積回路（ＩＣ）デバイスが上に取り付けられる基板と、
   ベンチ本体、前記１つまたは複数の光ファイバを長さ方向において保持する着座溝、および、前記着座溝の一端に形成される光学ユニットを備える光学ベンチであり、前記光学ユニットは、前記１つまたは複数の光学素子と前記１本または複数の光ファイバとの間で送信される光を集中させ、前記集中した光の方向を変化させるために、前記１本または複数の光ファイバに面する端部を有する、光学ベンチと、
   カバー本体、前記１本または複数の光ファイバに対応する１つまたは複数のレンズを含み、前記光学ユニットと前記光ファイバとの間で送信される光を集中させるレンズアセンブリ、前記１本または複数の光ファイバを保持するために、前記着座溝に対応する位置において前記カバー本体から突出する底面を含むリテーナ、および、前記カバー本体を通じて形成される注入ポートを備えるカバーであり、前記光学ベンチに結合されるように構成されているカバーとを備える、光学モジュールデバイス。
2. 前記光学ベンチの位置合わせを容易にするための前記基板上の１つまたは複数の参照マークをさらに備える、請求項１に記載の光学モジュールデバイス。
3. 前記光学ベンチの前記着座溝は、前記１本または複数の光ファイバの直径の合計に対応する幅、および、前記１本または複数の光ファイバの前記直径以上である深さを有する、請求項１に記載の光学モジュールデバイス。
4. 前記リテーナは、三角形または「Ｕ」字形状を有する１つまたは複数の溝を備え、
   溝の数は光ファイバの数に対応し、
   前記リテーナは、前記１本または複数の光ファイバの前記長さ方向において前記１本または複数の光ファイバを保持するように構成されている、請求項１に記載の光学モジュールデバイス。
5. 前記光学ユニットは、前記１つまたは複数の光学素子に面するように配置されている１つまたは複数の第１のレンズと、前記１つまたは複数の第１のレンズに近接して配置されており、前記１つまたは複数の光学素子と前記１本または複数の光ファイバとの間で送信される光の方向を変化させる反射器ユニットとを備える、請求項１に記載の光学モジュールデバイス。
6. 前記反射器ユニットは、前記着座溝の前記端部に配置されているプリズムを含み、前記第１のレンズは、前記プリズムに近接して配置されており、前記着座溝の高さと実質的に同じ高さを有する、請求項５に記載の光学モジュールデバイス。
7. 前記反射器ユニットは、前記着座溝の前記端部に配置されている、約４５度の傾斜角を有する反射面を備える、請求項５に記載の光学モジュールデバイス。
8. 前記レンズアセンブリは、
   前記カバー本体の底面から突出し、前記１本または複数の光ファイバの前記長さ方向に対して実質的に直交するレンズバーと、
   前記反射器ユニットに面する、前記レンズバーの１つの表面に配置されている第２のレンズと、
   前記１本または複数の光ファイバに面する、前記レンズバーの別の表面に配置されている第３のレンズと
   を備える、請求項５に記載の光学モジュールデバイス。
9. 前記第２のレンズは非球面凹レンズを含み、前記第３のレンズは非球面凸レンズを含む、請求項８に記載の光学モジュールデバイス。
10. 前記第２のレンズは非球面凸レンズを含み、前記第３のレンズは非球面凹レンズを含む、請求項８に記載の光学モジュールデバイス。
11. 前記レンズバーの幅（ｄ）は前記光の光路に応じて設定される、請求項８に記載の光学モジュールデバイス。
12. 前記カバーは、前記レンズアセンブリと前記注入ポートの間で、前記カバー本体の前記底面から突出するステップジョーをさらに備え、
    前記ステップジョーは、前記１本または複数の光ファイバの位置を制限する、請求項１に記載の光学モジュールデバイス。
13. 前記ステップジョーの位置は前記光の光路に応じて設定される、請求項１２に記載の光学モジュールデバイス。
14. 前記光学ベンチは、前記ベンチ本体の表面上に形成されている１つまたは複数の脚部を備え、前記基板は、前記脚部に対応する位置に形成され、前記脚部が中に挿入される、対応する１つまたは複数の孔を備える、請求項１に記載の光学モジュールデバイス。
15. 前記カバーは、前記カバー本体の側面の底端部に形成されている固定ポートを備え、
    前記光学ベンチは、前記固定ポートを受け入れ、結合する、前記光学ベンチの側面に形成されている固定溝を備える、請求項１に記載の光学モジュールデバイス。
16. 光学モジュールデバイスであって、
    光学素子と、
    光ファイバと、
    ベンチ本体、
    前記光ファイバを長さ方向において保持する着座溝、および
    前記光学素子と前記光ファイバとの間で送信される光を集中させ、前記集中した光の方向を変化させるために、前記光ファイバの端部に面する光学ユニット
    を備える、光学ベンチと、
    前記ベンチ本体に結合するカバー本体、
    前記光学ユニットと前記光ファイバとの間で送信される光を集中させるレンズを含むレンズアセンブリ、および
    前記光ファイバを保持するリテーナ
    を備える、カバーと
    を備える、光学モジュールデバイス。
17. 前記光学ベンチの位置合わせを容易にするための１つまたは複数の参照マークを有する基板をさらに備える、請求項１６に記載の光学モジュールデバイス。
18. 前記リテーナは、三角形または「Ｕ」字形状を有する溝を備え、前記溝は、前記光ファイバの前記長さ方向において前記光ファイバを保持するように構成されている、請求項１６に記載の光学モジュールデバイス。
19. 前記光学ユニットは、
    前記光学素子に面するように配置されているレンズと、
    前記レンズに近接して配置されている反射器ユニットであって、前記反射器は、前記光学素子と前記光ファイバとの間で送信される光の方向を変化させる、反射器ユニットと
    を備える、請求項１６に記載の光学モジュールデバイス。
20. 光学モジュールデバイスを製造する方法であって、
    配線が印刷される表面を有する基板を提供することであり、前記基板は光学ベンチを位置合わせさせるための参照マークを含む、基板を提供することと、
    光学素子を前記基板に取り付けることと、
    前記参照マークに基づいて前記基板上で前記光学ベンチを位置合わせさせ、前記基板上に前記光学ベンチを設置することと、
    カバーを前記光学ベンチに結合することと、
    前記光学ベンチおよび前記カバーによって形成される空洞内に光ファイバを挿入することであって、前記空洞は着座溝を含む、光ファイバを挿入することと、
    前記カバー内に設けられている注入ポートを通じて接着剤を注入し、前記接着剤を硬化させることと
    を含む、方法。
    
    

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