JP6557419B2 - 光ファイバーケーブル用送受信装置及びその整列方法 - Google Patents

Description

本開示は、光ファイバーケーブル用送受信装置及びその整列方法に関する。

この部分に記述された内容は、単に本発明の実施形態の背景情報を提供するに留まり、従来の技術を構成するものではない。

長距離通信に広く使用されている光ファイバベースの信号伝送方法は、電磁干渉（Electromagnetic Interference、EMI）皆無の動作特性と広帯域周波数での効用性などの利点のため、高速かつ高密度なデータ転送が要求される高精細デジタルビデオディスプレイ装置をはじめとする大容量のデジタルメディアの転送に広く適用されている。

このような光ファイバベースの信号伝送方法は、光ファイバと光素子との間にレンズと反射手段を介在させる構造をなすことによって達成することができ、このような構造を実現するために、光ファイバと反射手段、及びレンズが固定された構造物を光素子が実装された基板に設置して光の整列を実行する方法を使用することができる。

一方、このような光整列方法で製造される光送受信装置は、光素子、レンズ、反射手段、及び光ファイバをどのような方法で整列するかによって構造の簡素化、製品の生産コストの低減、耐久性と精度の向上などをもたらすことができるため、光の整列の問題は重要である。

しかし、従来の方法で光の整列を実行して製造される光送受信装置は高価（high cost）であるだけでなく、体積が大きく、スマートフォンのような移動通信機器に使用することは困難な問題があり、複雑な構造を有するため、安定性が確保されていない問題がある。

出願人は、２０１４年１１月２８日出願された韓国特許出願第２０１４-０１６８２７２号において図１ａ及び図１ｂのような光送受信装置を提案した。

光送受信装置は、光素子１２１５’が設定位置に配置され、第１の基準ホールＡ’と、前記第１の基準ホールＡ’と第１の間隔を置いて形成される第２の基準ホールＢ’を有するベースプレート１２１０’及び光素子１２１５’と光通信する光ファイバ１３４０’及びレンズ部１３２０’が固定設置され、第１の基準ホールＡ’に挿入される第１のポストＣ’と前記第２の基準ホールＢ’に挿入される第２のポストＤ’を有する光ファイバ固定ブロック１３００’を含む。

光ファイバ１３４０’は、ガイド面１３１０’に沿って挿入される。光素子１２１５’及びレンズ部１３２０’は、垂直方向で中心が一致するように整列され、レンズ部１３２０’の上部には、反射手段１３３０’が設けられる。光ファイバー１３４０’から出た光は、反射手段１３３０’を介して屈折し、レンズ部１３２０’を介して集光されて光素子１２１５’に入射し、逆に光素子１２１５’で出た光はレンズ部１３２０’を介して集光され、反射手段１３３０’を介して屈折されて光ファイバ１３４０’に入射するようになっている。

このような光送受信装置は、送受信を兼用し、優れた効率を示すが、次のような欠点がある。

最近の組込みシステムの仕様は、標準ＩＣパッケージに合わせて光送受信装置の全体の高さが１ｍｍ以下であることを要求している。この要求に応じた設計と製造面での最大の問題は、レンズ部の直径や厚さを縮小する場合、その分だけ集光率が落ちて円滑に光の送受信を行うことができないという点である。また、外寸を削減しながら、レンズ部の数値をそのまま維持すると、反射部で光損失が発生して光ファイバに入射する光の屈折角が大きく、光の一部が光ファイバを導波できないなど、光学系構造の整合性がずれる問題がある。

ここで、出願人は、光の送受信を同時に実行する既存のデバイスで新しい仕様を満足することは限界があると判断し、光送信のみを行う光送信装置に改善すると、超小型の設計条件を満たしながら、光の送信をより効率的で行うことができるという知見に至った。

同時に、光送信装置のレンズと基板の光源を整列させるための方法を改善した。

以下記述する本開示の説明は、このような知見を基にしたものである。

そこで、本発明に係る第１、２の実施例は、超小型化の条件に適した光送受信装置を提供することを目的とする。

第１、２の実施形態に係る別の目的は、新しい方式の光送受信装置を提供して光送受信装置の許容誤差を低減し、光送受信装置の小型化を成し遂げ、経済性、製造の利便性などを図ることにある。

第１、２の実施形態に係る別の目的は、光送受信装置と基板の整列作業における誤差を数マイクロメートル以内に制限して最小化することができる整列方法を提供することにある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されず、言及されていないもう一つの技術的課題は、下の記載から本発明が属する技術分野にて通常の知識を有する者なら明確に理解できるだろう。

第１の実施形態の一側面によると、第１のレンズ、前記第１のレンズより上の第１のレンズに整列して配置された反射器及び、前記反射器で反射された光を受光するように反射器の横に整列して配置された第２のレンズ、及び第１のレンズ、第２のレンズ及び反射器を収容するハウジングを含み、前記ハウジングは、下部のボディと上部のカバーからなる分割構造であり、前記ハウジングの高さは１ｍｍ未満の光送信装置を提供する。

第１の実施形態の他側面によると、前記光送信装置の整列方法であって、前記光送信装置に結合し、光源を含む基板を提供する過程と、前記基板の第１の基準ホールに第１のポストを結合する過程と、前記基板の第２の基準ホールに第２のポストを結合する過程、及び前記光送信装置の第１のレンズと前記基板の光源を整列する過程と、を含む光送信装置の整列方法を提供する。

第２の実施形態の一側面によると、光受信装置であって、前記光受信装置は、

集光レンズと、前記集光レンズよりも上に前記集光レンズに整列して配置された反射器、及び集光レンズと反射器を収容するハウジングを含み、前記ハウジングの高さは１ｍｍ未満であり、前記ハウジングの底面の前方と後方の所定位置にはそれぞれ第１のポストと第２のポストが下方に延びるように設けられた光受信装置を提供する。

第２の実施形態の他の側面によると、光受信装置の整列方法として、前記光受信装置に結合され光感知器を含む基板を提供する過程と、前記基板の第１の基準ホールに第１のポストを結合する過程と、前記基板の第２の基準ホールに第２のポストを結合する過程と、前記光受信装置の集光レンズと前記基板の光感知器を整列する過程を含む光受信装置の整列方法を提供する。

第１の実施形態によると、複数個のレンズからなるレンズ群を活用し、光送信機として機能しつつ、超小型の設計条件を満たし、光の送信をより効率的に行うことができる光送信装置を提供する。

第２の実施例によると、光受信機として機能しつつ、超小型の設計条件を満たし、光の受信をより効率的に行うことができる光受信装置を提供する。

また、本整列方法による光送信装置は、基板の光源との整列誤差が最小化して小型化が可能であり、別のガイド部材が不要なため、製造コストが低減する効果がある。

また、本整列方法による光受信装置は、基板の光検知器との整列誤差が最小化して小型化が可能であり、別のガイド部材が不要なため、製造コストが低減する効果がある。

また、他にも、本発明の効果は実施例によって優れた耐久性を有するなどさまざまな効果を奏し、そのような効果については後述する実施例の説明の部分で明確に確認することができる。

従来技術による光送受信装置の斜視図である。

図１ａの側面図である。

第１の実施形態に係る光送信装置の光送信の原理を示した概念図である。

第１実施例の光送信装置の全体の外観斜視図である。

（ａ）及び（ｂ）は、第１実施例の光送信装置のボディの左側面図及び平面図である。

（ａ）及び（ｂ）は、第１実施例の光送信装置のカバーの左側面図及び平面図である。

（ａ）及び（ｂ）は、第１実施例のボディとカバーで構成されたハウジングが基板につながったことを図示した左側面図及び平面図である。

（ａ）ないし（ｃ）は、第１の実施形態に係る光送信装置を基板に整列する方法を示した概念図であり、（ｂ）は、第１のポストを固定した場合の原理図であり、（ｃ）は、第２のポストを固定した場合の原理図である。

第２の実施形態に係る光受信装置の光受信の原理を示した概念図である。

第２実施例の光受信装置の全体の外観斜視図である。

（ａ）及び（ｂ）は、第２実施例の光受信装置の左側面図及び平面図である。

第２実施形態のハウジングが基板につながったことを図示した左側面図である。

（ａ）ないし（ｃ）は、第２実施形態に係る光受信装置を基板に整列する方法を示した概念図であり、（ｂ）は、第１のポストを固定した場合の原理図であり、（ｃ）は、第２のポストを固定した場合の原理図である。

以下、本発明の一部の実施例を例示的な図面を使用して詳しく説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加することにおいて、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されても、可能な限り同一の符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、関連した公知の構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすると判断した場合には、その詳細な説明は省略する。

また、本発明の構成要素を説明するにあたり、第１、第２、Ａ、Ｂなどの用語を使用することができる。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別することに留まり、その用語によって該当の構成要素の本質や手順などは限定されない。明細書全体にて、ある部分がある構成要素を「含む」、「備える」とするとき、これは特に正反対の記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。

ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「締結」と記載されている場合、その構成要素は、その他のコンポーネントに直接連結されるか、または接続され得るが、各構成要素の間にさらに他の構成要素が「連結」、「結合」または「締結」されることもあり得ると理解されるべきである。

また、図面に図示された構成要素の大きさや形状等は、説明の明瞭性と便宜上誇張して図示する場合がある。また、本発明の構成及び作用を考慮して特別に定義された用語は、本発明の実施例を説明するために留まり、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明の実施例に係る光ファイバケーブル用の送受信装置は、２つの異なるモジュールとして製作される。一つのモジュールは、電気信号を光信号に変換し、変換された光信号を外部の光ファイバーケーブルを介して送信する送信装置である。もう一つのモジュールは、外部の光ファイバーケーブルを介して光信号を受信し、受信した光信号を電気信号に変換する受信装置である。本発明の実施例に係る光ファイバケーブル用の送信装置は、第１の実施例で説明し、光ファイバケーブル用の受信装置は、第２の実施例で説明する。

以下、本開示の第１の実施例として提示する光送信装置１の原理、構造及び整列方法について順に説明する。

１．光送信の原理

まず、図２を参照し、本開示の第１の実施例である光送信装置１の光学構造を中心に光送信の原理について説明する。

本開示の光送信装置１は、光素子としての光源（light source、１２）が設けられた基板１０に対向し、レンズ群２０、反射器１４及び光ケーブル３０を含む。レンズ群２０は、光源１２と反射器１４との間に設けられる第１のレンズ２２と反射器１４と光ケーブルとの間に設けられる第２のレンズ２４を含む。光ケーブル３０には、光ファイバ３２が挿入される。反射器１４は、プリズムであることが好ましいが、これに限定されない。

光源１２、第１のレンズ２２及び反射器１４の中心が一致するように三つの部材は高さ方向に整列される。同様に、反射器１４及び第２のレンズ２４の中心と光ケーブル３０の光収容部の中心点が一致するように三つの部材は水平方向に整列される。光源１２と第１のレンズ２２との整列方法については、出願人の先出願である韓国特許出願第２０１４-０１６８２７２号及び２０１３-０１４６５９９号に開示されており、これらはここでの参照として本出願の内容に併合される。

第１のレンズ２２は、好ましくは、コリメータレンズ（collimating lens）であり、第２のレンズ２４は、好ましくは、集光レンズ（focusing lens）である。コリメータレンズを通過した光は、表面波となって平行光をなし、集光レンズを通過した光は、集光されて結束する。したがって、図示したように、光源１２から出光した光は、第１のレンズ２２を通過し、平行経路を形成して反射器１４に入射し、反射器１４から反射された光は、図の右側において平行して進行し、第２のレンズ２４を通過してカップリングした後に、光ファイバ３２の集光部であるコアに入射する。

光源１２は、基板上に複数個が一列に整列される。この場合、第１のレンズ２２及び第２のレンズ２４は、それぞれの光源１２に合わせて一列に複数個設けられる。

このような本開示の光送信装置１は、第１のレンズ２２と第２のレンズ２４の複数個のレンズからなるレンズ群２０を採用した点に特徴がある。高さ１ｍｍ以下の超小型設計条件を満たしながら、光源と反射器との間に集光レンズだけを配置する単一のレンズ構造を維持するとレンズの寸法が小さくなり、光経路、特に低い高さを導波しなければならない光経路が短縮され、光源から出光する光が反射器に正確に集まらず、反射器で反射された光の一部も光ファイバ内で導波可能な全反射のしきい値を超えて入射してクラッド外部に散乱する光損失が発生する。しかし、本開示の光送信装置１は、第１のレンズ２２と第２のレンズ２４の複数個のレンズからなるレンズ群２０を活用し、送受信を同時に実行する既存のデバイスを超えて光送信を行う送信機として機能しつつ、超小型の設計条件を満たし、光送信をより効率的に実行するものである。

第１のレンズ２２の主な機能は、光源１２から出光する光の発散角を減らすものであり、第２のレンズ２４の結束役割負担を分散させると同時に光整列の許容誤差を広げる役割をする。光信号のカップリングに関するレンズの役割分散は、光ファイバの光導波路の制約条件である開口数（ＮＡ、 Numerical Aperture）の影響を減らす。これはビームの分散程度に応じたレンズの屈折度を調節できることを意味し、特に第１のレンズ２２からコリメートされた光を第２のレンズ２４で集光すると、光を光ファイバのＮＡに対して最大限カップリングするのが容易である。

２.光送信装置の構造

図３は図２の構造を含む本開示の光送信装置１の全体の外観斜視図である。

光送信装置１は、レンズ群２０と反射器１４が設けられたハウジング２を含む。光送信装置１は、光源１２が設けられた基板１０に対向して結合される。

ハウジング２は、ほぼ長方形でボディ３とカバー４の分割構造になっている。カバー４の上面には、エポキシのような接着剤を注入するためのホール４０が設けられ、カバー４の背面には、例えば、台形型に切削されて光ケーブル３０を案内するガイド４１が設けられる。

ハウジング２の高さＨは、１ｍｍ未満の超小型である。これは、一般的なチップよりも小さい厚さであり、本開示の光送信装置１は、厚さが薄いか、サイズが小さなデバイスの適用に有用である。

本開示の光送信装置１は、部品及び光整列のための基準成形品を除去したもので、ハウジング２と基板１０自体で光の整列を行うことができることで、基準成形品の使用で発生する整列誤差を減らすことができる。ハウジング２は、プラスチック射出成形で製作されるため、大量生産と組み立てが容易である。

図４の（ａ）及び図４の（ｂ）は、光送信装置１のボディ３の左側面図及び平面図である。

ボディ３は、長い長方形の底面３００と、底面３００の先端の前付近から中央付近まで延びた底面３００よりも高さが大きい左側結合部３１０及び右側結合部３１２を含む。底面３００を挟んで両側から左側結合部３１０及び右側結合部３１２が底面３００を支持する構造となっている。左側結合部３１０は、前から、上方に突出した第１のフラップ３１５、第１の収容ホール３１３及び上方に突出した第１の係止部３１６からなり、同様に右側結合部３１２は、前から、上方に突出した第２のフラップ３１７、第２の収容ホール３１４及び第２の係止部３１８からなる。全体的に左側結合部３１０及び右側結合部３１２は、同じ形状の対称構造である。

第１のフラップ３１５と第２のフラップ３１７は、底面３００から上方に垂直に延びて第１のレンズ２４と反射器１４をそれぞれ左右で外部から保護する。係止部３１６、３１８と収容ホール３１３、３１４は、カバー４の対応要素と結合されるための部材である。利点では、左側結合部３１０及び右側結合部３１２は、レンズと反射器の保護フレームを提供するとともに、カバー４との締結構造を提供する。したがって、この機能を実行する限り、その大きさ、形状及び位置は任意に変更することができる。

底面３００と、このような結合部３１０、３１２は、一体に形成されることが好ましいが、必ずしもこれに限定されない。

左側及び右側結合部３１０、３１２の後ろの底面３００上のオープンスペース３００ｓはカバー４と協力して光ファイバが通過する空間を提供し、これは後述するカバー４の第３のフラップ４０３及び第４のフラップ４０８によって閉鎖されて外部からの衝撃や振動から安定した光ファイバ案内構造を提供する。

底面３００の長さ方向の中心線に沿って前方と後方の所定位置には、それぞれ第１のポスト３０２と第２のポスト３０３が下方に、すなわち、基板に向かって形成されている。第１のポスト３０２及び第２のポスト３０３は、下方に突出した円型のカラムである。図４の（ａ）に図示された例では、光整列の誤差を吸収するために、第１のポスト３０２を下方に行くにつれて直径が僅かに減少する縮径型のコラムとして、第２のポスト３０３は、直径が一定の定円型のコラムとして示している。第１のポスト３０２の上部、すなわち底面３００に隣接する付近では、第１のポスト３０２の直径が第２のポスト３０３の直径よりも大きい。これは、第１のポスト３０２の高さ方向の基準点を中心に、その上側では、第１のポスト３０２の直径が第２のポスト３０３の直径よりも大きく、下側では、第１のポスト３０２の直径が第２のポスト３０３よりも小さいことを意味する。

次に、本開示のボディ３は、反射器取付部３０１と、第１のレンズ取付部３０４を利用して、反射器１４と及び第１のレンズ２２を設けている。反射器取付部３０１は、図４の（ａ）に示したように底面３００の先端から垂直に起立している。第１のレンズ取付部３０４は、反射器取付部３０１よりも所定間隔離間してその前方に形成され、底面３００の下端にて反射器取付部３０１の開始点より若干高い高さまで延びた後、平行して前方に延びて、全体的に「く」字状をなしている。反射器取付部３０１と第１のレンズ取付部３０４は、底面３００と一体に製作されるかのユニット化されたモジュールに別途製作されて底面３００に結合することができる。

第１のレンズ２２は、第１のレンズ取付部３０４の上面３０４ａに、その凸面を下方に向くように設けられる。反射器１４は、前記上面３０４ａの先端と反射器取付部３０１の頂点を横切って斜めに設けられる。第１のレンズ２２が複数個設置される場合は、図４の（ｂ）に示したように、上面３０４ａに沿って一列に一定の間隔を置いて設けられる。この場合に反射器１４は、一定の反射面を提供する限り１つの単一のプリズムを設置してもよい。

反射器取付部３０１と第１のレンズ取付部３０４は、本開示の光送信装置１に適した光経路を提供するように、第１のレンズ２２及び反射器１４を収容する部材であることから図２を参照に説明した光伝達機能を実行する範囲内で形状、寸法及び位置は自由に変更することができる。

本開示によると、第１のレンズ２２と反射器１４はボディ３に設け、第２のレンズ２４はカバー４に設ける分離構造により小型化寸法に適したコンパクトな光送信装置を容易に設計し製作することができることを理解できるだろう。

図５の（ａ）及び図５の（ｂ）は、光送信装置１のカバー４の左側面図及び平面図である。

カバー４は、長い長方形であり、底面３００より幅が広い上面４００を含む。上面４００の下部には、前述したボディ３に対応する位置にて左に左側結合部４２０が、そして右側に右側結合部４３０が形成される。左側結合部４２０は、前から、下方に突出した第３の係止部４０１、第３の収容ホール４０２及び下方に突出した第３のフラップ４０３からなり、同様に右側結合部４３０は、前から、下方に突出した第４の係止部４０６、第４の収容ホール４０７及び下方に突出した第４のフラップ４０８からなる。

左側結合部４２０及び右側結合部４３０は、光ファイバーケーブルの保護フレームを提供し、ボディ３の対応要素と結合するための部材である。したがって、この機能を実行する限り、その大きさ、形状及び位置は任意に変更することができる。また、上面４００と、このような結合部４２０、４３０は、一体に形成されることが好ましいが、必ずしもこれに限定されない。

前述したように、上面４００の前方に幅方向の中間点には、エポキシのような接着剤を注入するためのホール４０が設けられている。ホール４０を介して注入されたエポキシ樹脂は、光ファイバとカバー４の結合を安定的にし、結合過程で第２のレンズ２４の壁面と光ファイバーの断面の間を満たして光が透過する面から発生する可能性のある反射を減らすことができる。本開示では、エポキシのほか、光ファイバーとプラスチック成形品を連携して光通信を可能にする他の粘度の高い材料を注入することができる。例えば、エポキシを代替したり、これに加えて屈折率マッチングオイル（index matching oil）を注入したりして光ファイバに入射する光のＮＡを減らす効果が期待できる。

本開示のカバー４は、第２のレンズ取付部４０４を利用して、第２のレンズ２４を設置している。第２のレンズ取付部４０４は、図５（ａ）に示したように上面３００の前方部から垂直に下方して起立している。第２のレンズ２４は、第２のレンズ取付部４０４の前面４０４ａに設けられる。第２のレンズ２４の設置の高さは反射器１４で反射された光の両方を収容するように反射器１４の位置に合わせて設定される。第１のレンズ２２が複数個であれば、図５（ｂ）に示すように、第２のレンズ２４もそれぞれの第１のレンズ２２の数に合わせて設けられる。

第２のレンズ２４と第２のレンズ取付部４０４が設けられる部分は、カバー４では、オープンスペース４０ｓとして残るが、この空間はボディ３の前記第１のフラップ３１５及び第２のフラップ３１７によって左右から閉鎖されるため、外部からの衝撃や振動から安定的にレンズ系の構造を提供することになる。

第２のレンズ取付部４０４は、本開示の光送信装置１に適した光経路を提供するように、第２のレンズ２４を収容する部材なので、図２を参照に説明した光伝達機能を実行する範囲内で形状、寸法及び位置は自由に変更することができる。

以上の本開示によると、ボディ３とカバー４の分離構造を通じて、小型化寸法に適したコンパクトな光送信装置を容易に設計して製作することができる。

また、ボディ３の調整なしに仮にカバー４に設けられる第２のレンズ２４の位置だけを変更して光ファイバとの間隔を調整したり、反射器１４の反射光経路に合わせたりすることができるので、光整列及び校正作業において便利である。

図６の（ａ）及び図６の（ｂ）は、前述したボディ３とカバー４からなるハウジング２が、基板１０につながれたことを示した左側面図及び平面図である。説明の便宜上、図６の（ａ）では、各部材の右側に該当する図面番号は括弧で併記して表記した。

ボディ３の第１のフラップ３１５と第２のフラップ３１７は、カバー４の上面４００に当接するように締結され、第１のレンズ２２、反射器１４及び第２のレンズ２４からなる光学系を左右から保護する保護フレームを提供している。

ボディ３の第１の収容ホール３１３及び第２の収容ホール３１４の中にはカバー４の第３の係止部４０１及び第４の係止部４０６のそれぞれが収容される。また、カバー４の第３の収容ホール４０２及び第４の収容ホール４０７の中にはボディ３の第１の係止部３１６及び第２の係止部３１８のそれぞれが収容される。このような連続した凹凸構造の繰り返し締結は、ボディ３とカバー４の安全かつ正確な締結を提供し、組立後の位置ずれを最小限に抑えることができる。

また、カバー４の第３のフラップ４０３と第４のフラップ４０８は、ボディ３の空間３００ｓを閉鎖しつつ、底面３００に当接して結合され、外部からの衝撃や振動から安定した光ファイバ案内構造を提供する。

本開示の光送信装置のハウジング２の構造上の特徴の一つは、第１のレンズ２２と反射器１４をボディ３に設け、第２のレンズ２４と光ファイバ導入部は、カバー４に設けた点にある。したがって、この特徴を維持しながら、例えば、第１のフラップ及び第２のフラップをカバー４に設け、第３のフラップ及び第４のフラップはボディ３に設けること、またはボディ３及びカバー４に設けられた係止部と収容ホールをそれぞれ逆に形成したり、順番を変えたりすることなど、当業者のレベルで様々な変形が可能である。

また、光源１２が第１のポスト３０２及び第２のポスト３０３の外側に配置された場合を前提に説明したが、韓国特許出願第２０１４-０１６８２７２号に開示されたように、光源１２を第１のポスト３０２及び第２のポスト３０３の中間領域に配置した場合にも適切にハウジングの構造を変形して適用することができるだろう。

再度、図６の（ａ）及び図６の（ｂ）を参照すると、本開示のハウジング２は、基板１０に結合されている。

基板１０には、ハウジング２の第１のポスト３０２と第２のポスト３０３のそれぞれを収容する第１の基準ホール３０２ａと第２の基準ホール３０３ａが形成されている。第１のポスト３０２と第２のポスト３０３は、それぞれの第１の基準ホール３０２ａ及び第２の基準ホール３０３ａに挿入される。第１のポスト３０２が縮軸型コラムなので、第１のポスト３０２を第１基準ホール３０２ａに挿入したときに、最初は微細な余裕空間を確保しながら挿入する。徐々に挿入が進むにつれて、第１のポスト３０２は、第１の基準ホール３０２ａに隙間なく当接する位置に固定される。

このような結合構造を有する本開示の光送信装置１は、後述するように、基板１０との組立過程で発生する可能性のあるずれを最小限に抑えることができる。

３.光送信装置の整列方法

本開示の光送信装置の整列方法の原理について、基板１０の平面図を主に示す図７の（ａ）ないし（ｃ）を参照して説明する。

基板１０上に光源１２が設けられ、光源１２に整列して第１の基準ホール３０２ａと第２の基準ホール３０３ａが形成される。光源１２、第１の基準ホール３０２ａ及び第２の基準ホール３０３ａの幅方向（図の上下方向）の中心線をそれぞれ１１１、１１２及び１１３、光源１２、第１基準ホール３０２ａ及び第２の基準ホール３０３ａの長さ方向（図面の左右方向）の中心線を１１４で表示することにする。 「Ａ」は、中心線１１１と中心線１１２との間の間隔、「Ｂ」は、中心線１１２と中心線１１３との間の間隔である。

高さ１ｍｍ未満の超小型光送信装置１において、組立公差の修正は数マイクロメートルのエラーを排除することを意味するので、精巧な整列操作が必要である。通常、基板１０は、スペックや仕様に合わせて事前に完成して供給される。したがって、基板１０と光送信装置１を組み立てる際の核心は結局、基板１０に位置する光源１２に合わせて第１のレンズ２２を最大限に誤差なく整列させて組み立てることである。そのため、理想的な組み立ては、それぞれの基準ホールの中心とそれぞれのポストの中心が数μmの誤差なしに整列することである。しかし、実際の組み立て工程で完全な締結は難しい。したがって、この問題を解消するための方案として、第１のポスト３０２及び第２のポスト３０３のうちのいずれかを固定して該当するポストの公差はなくし、その他の残りのポストの公差のみが光源１２に整列しなければならない第１のレンズ２２の位置に影響を与えるようにし、誤差を最小限に減らすことが考えられる。

図７の（ｂ）は、第１のポスト３０２をあそびがないように固定する場合の原理図である。 Ａ：Ｂ = １：８であり、第２のポスト３０３が第２基準ホール３０３ａの中心から上方に２０μm偏向して位置すると仮定する。この場合、第１のレンズ２２が、光源１２に対してずれた距離は比例式によって下方向に２.５μmとなる。

図７の（ｃ）は、第２のポスト３０３をあそびがないように固定する場合の原理図である。 Ａ：Ｂ = １：８であり、第１のポスト３０２が第１の基準ホール３０２ａの中心から上方に２０μm偏向して位置すると仮定する。この場合には、第１のレンズ２２が、光源１２に対してずれた距離は比例式によって上方向に２２.５μmとなる。

したがって、少なくとも光源１２は、すべての基準ホールに対して外側に配置された場合は、光源１２に近接した第１のポスト３０２を固定することで、第２のポスト３０３を固定することよりも、最終的に９倍の誤差を減らすことができる。以上の原理は、ポストが上方向だけでなく、下方または左右方向に基準ホールの中心からずれた場合にも適用される。

当業者であれば、Ａ：Ｂの比例関係が大きいほど、すなわち、ポスト間の距離が遠いほど、または第１のポストが光源や第１のレンズに近いほど組み立て誤差を最小限に抑えることができることを理解できるだろう。

本開示の光送信装置１は、第１のポスト３０２を第１基準ホール３０２ａに固定させるために、前述したように、第１のポスト３０２を縮軸型コラムに設計して第１のポスト３０２を第１基準ホール３０２ａに挿入したときに、最初は微細な余裕空間を確保して挿入され、徐々に挿入が進むにつれて第１の基準ホール３０２ａに隙間なく当接する位置に固定されるようにしている。

固定位置は、第１のポスト３０２と、第１の基準ホール３０２ａの直径が一致する地点である。しかし、ポストは、例えばプラスチック材料でモールド成形するため、加圧すると、圧縮変形されて挿入され、圧力が解除されると、弾性復元力によって円型に復帰しようとする性質を有する。したがって、固定位置は、第１のポスト３０２の直径が第１の基準ホール３０２ａの直径よりもわずかに大きい位置であり、このような余裕は、第１のポスト３０２の固定作業を容易に行うことができるようにする。

以上のことから、第１のポスト３０２の直径は、第１の基準ホール３０２ａの直径よりも大きい範囲で、第１の基準ホール３０２ａの直径よりも小さい範囲まで連続的に変化するように縮径型に設計することが望ましいということを知ることができる。

第１のポスト３０２の位置が固定されると、第２のポスト３０３の位置のみが光源とレンズの整列に影響を与えるが、後者の影響は、第１のポスト３０２または両方のポスト３０２、３０３のすべてが基準ホールの中心からずれることで、レンズに与える偏差に比べて非常に小さい。したがって、光源とレンズの整列作業における誤差を数マイクロメートル以内に制限して最小限に抑えることができるようになる。

以下、本開示の第２の実施例として提示されている光受信装置１’の原理、構造及び整列方法について順次説明する。

１．光受信の原理

まず、図８を参照に本開示の第２の実施例である光受信装置１’の光学構造を中心に光受信の原理について説明する。

本開示の光受信装置１’は、光受信素子としての光感知器（light detector、１２'）が設置された基板１０’に対向して、レンズ２０’、反射器１４’と光ケーブル３０’を含む。レンズ２０’は、光感知器１２’と反射器１４’との間に設けられる。光ケーブル３０’には、光ファイバ３２’が挿入される。反射器１４’は、プリズムであることが好ましいが、これに限定されない。

光感知器１２’、レンズ２０’及び反射器１４’の中心が一致するように三つの部材は高さ方向に整列される。同様に、反射器１４’及び光ファイバーケーブル３０'の光送信部の中心点が一致するように両方の部材は水平方向に整列される。

レンズ２０’は、好ましくは、集光レンズ（focusing lens）である。集光レンズを通過した光は集光されて結束される。したがって、図示したように、光ファイバ３２’から出射した光は反射器１４’に入射し、反射器１４’で直角に反射した光は図面の下方に進んで、レンズ２０’を通過しながらカップリングされて光感知器１２’に入射する。

光感知器１２’は、基板上に複数個が一列に整列する。この場合、レンズ２０’は、それぞれの光感知器１２’に合わせて一列に複数個が設けられる。

高さ１ｍｍ以下の超小型設計条件を満しながら光の送受信を同時に実行する光送受信装置の設計は非常に難しいので、単レンズ構造を維持しながらレンズの寸法を減らして設計し、光受信装置として活用する先行技術以上の光受信効率を発揮できることが確認された。一方、光送信装置は、複数個のレンズ群を採用して、光ファイバの集光部に光を正確に結束させて送信することが重要になる。

２.光受信装置の構造

図９は、図８の構造を含む本開示の光受信装置１’の全体の外観斜視図である。

光受信装置１’は、レンズ２０’と反射器１４’が設けられたハウジング２’を含む。光受信装置１’は光感知器１２’が設けられた基板１０’に対向して結合される。

ハウジング２’の高さＨは、１ｍｍ未満の超小型である。これは、一般的なチップよりも小さい厚さであり、本開示の光受信装置１’は、厚さが薄いかサイズが小さなデバイスの適用に有用である。

本開示の光受信装置１’は、部品及び光整列のための基準成形品を除去したものであり、ハウジング２’と基板１０’自体で光整列を行うことができることから、基準成形品の使用で発生する整列誤差を減らすことができる。ハウジング２’は、プラスチック射出成形で製作するため、大量生産と組み立てが容易である。

案内面４１’は、光ファイバ３２’をハウジング２’の内部中央にガイドするための案内面である。

図１０の（ａ）及び図１０の（ｂ）は、光受信装置１’のハウジング２’の左側面図及び平面図である。

ハウジング２’の案内面４１’が規定する空間を通過した光ファイバ３２’は、好ましくは、中央案内面４１１’が規定する空間を通過して反射器１４’と対向するように位置する。反射器１４’の下には、図示した例では、４つのレンズ２０’がハウジング２’の幅方向に沿って一列に配列されている。このような配列は、例えば、複数の光ファイバ３２’を案内面４１’の間に位置させる場合、またはいずれかの光ファイバー３２’の位置が多少ずれて配列されても、光ファイバ３２’から出光した光が反射器１４’で屈折し、いずれかのレンズ２０’に向けることができるので、柔軟性と設計の自由度を高めることができる点で有利である。

ハウジング２’の底面２００’の長さ方向の中心線に沿って前方と後方の所定位置には、それぞれ第１のポスト３０２’と第２のポスト３０３’が下方に、すなわち、基板を向け形成される。第１のポスト３０２’及び第２のポスト３０３’は、下部に突出した円型のカラムである。図１０の（ａ）に図示された例では、光整列の誤差を吸収するために、第１のポスト３０２’を下方に行くにつれて直径が僅かに減少する縮径型コラムであり、第２のポスト３０３’は、直径が一定の定円型コラムで図示している。第１のポスト３０２’の上部、すなわち底面２００’に隣接した付近では、第１のポスト３０２’の直径が第２のポスト３０３’の直径よりも大きい。これは、第１のポスト３０２’の高さ方向のある基準点を中心に、その上部には、第１のポスト３０２’の直径が第２のポスト３０３’よりも大きく、下側では、第１のポスト３０２’の直径が第２のポスト３０３’よりも小さいことを意味する。

図１１は、ハウジング２’が、基板１０’につながっていることを示す左側面図である。

基板１０’には、ハウジング２’の第１のポスト３０２’と第２のポスト３０３’のそれぞれを収容する第１の基準ホール３０２ａ’と第２の基準ホール３０３ａが形成されている。第１のポスト３０２’と第２のポスト３０３’は、それぞれの第１の基準ホール３０２ａ’及び第２の基準ホール３０３ａ’に挿入される。第１のポスト３０２’が縮軸型コラムであることから、第１のポスト３０２’を第１基準ホール３０２ａ’に挿入したときに、最初に微細な余裕空間を確保して挿入される。徐々に挿入が進むにつれて、第１のポスト３０２’は、第１の基準ホール３０２ａ’に隙間なく当接する位置に固定される。

このような結合構造を有する本開示の光受信装置１’は、後述するように、基板１０’との組立過程で発生する可能性のあるずれを最小限に抑えることができる。

３.光受信装置の整列方法

本開示の光受信装置の整列方法の原理について、基板１０’の平面図を主に示す図１２の（ａ）ないし（ｃ）を参照して説明する。

基板１０’上には光感知器１２’が設けられ、光感知器１２’に整列して第１の基準ホール３０２ａ’と第２の基準ホール３０３ａ’が形成される。光感知器１２’、第１の基準ホール３０２ａ’及び第２の基準ホール３０３ａ’の幅方向（図の上下方向）の中心線をそれぞれ１１１’、１１２’及び１１３’、光感知器１２’、第１の基準ホール３０２ａ’及び第２の基準ホール３０３ａ’の長さ方向（図面の左右方向）の中心線を１１４'と表示することにする。「Ｋ」は、中心線１１１’と中心線１１２’との間の間隔、「Ｌ」は、中心線（１１２ '）と中心線（１１３'）との間の間隔である。

高さ１ｍｍ未満の超小型光受信装置１’において、組立公差の修正は数マイクロメートルのエラーを排除することを意味するので、精巧な整列操作が必要である。通常、基板１０’は、スペックや仕様に合わせて事前に完成して供給される。したがって、基板１０’と光受信装置１’を組み立てる際の核心は結局、基板１０’に位置する光感知器１２’に合わせてレンズ２０’を最大限に誤差なく整列させて組み立てることである。そのため、理想的な組み立ては、それぞれの基準ホールの中心とそれぞれのポストの中心に数μmの誤差なしに整列することである。しかし、実際の組み立て工程で完璧な締結は難しい。したがって、この問題を解消するための方案として、第１のポスト３０２’及び第２のポスト３０３’のうちのいずれかを固定して該当するポストの公差をなくし、他の残りのポストの公差のみが光感知器１２’に整列しなければならないレンズ２０’の位置に影響を与えるようにし、誤差を最小限に減らすことが考えられる。

図１２の（ｂ）は、第１のポスト３０２’をあそびがないように固定した場合の原理図である。 Ｋ：Ｌ = １：８であり、第２のポスト３０３’が第２基準ホール３０３ａ’の中心から上方に２０μm偏向して位置すると仮定する。この場合には、レンズ２０’が光感知器１２’に対してずれた距離は比例式によって下方向に２.５μmとなる。

図１２の（ｃ）は、第２のポスト３０３’をあそびがないように固定した場合の原理図である。 Ｋ：Ｌ = １：８であり、第１のポスト３０２’が第１の基準ホール３０２ａ’の中心から上方に２０μm偏向して位置すると仮定する。この場合は、レンズ２０’が光感知器１２’に対してずれた距離は比例式によって上方向に２２.５μmとなる。

したがって、少なくとも光感知器１２’は、すべての基準ホールに対して外側に配置した場合に、光感知器１２’に近接した第１のポスト３０２’を固定することが第２のポスト３０３’を固定するよりも、最終的に９倍の誤差を減らすことができる。以上の原理は、ポストが上方向だけでなく、下方または左右方向に基準ホールの中心からずれた場合にも適用される。

当業者であれば、Ｋ：Ｌの比例関係が大きいほど、すなわち、ポスト間の距離が遠いほど、または第１のポストが光源や第１のレンズに近いほど組み立て誤差を最小限に抑えることができることが理解できるだろう。

本開示の光受信装置１’は、第１のポスト３０２’を第１基準ホール３０２ａ’に固定させるために、前述したように、第１のポスト３０２’を縮軸型コラムに設計し、第１のポスト３０２’を第１基準ホール３０２ａ’に挿入したときに、最初は微細な余裕空間を確保して挿入し、徐々に挿入が進むにつれて第１の基準ホール３０２ａ’ に間隙なく当接する位置で固定されるようにしている。

固定位置は、第１のポスト３０２’と第１基準ホール３０２ａ’の直径が一致する地点である。しかし、ポストは、例えばプラスチック材料でモールド成形されるため、加圧すると、圧縮変形して挿入され、圧力が解除されると、弾性復元力によって円型に復帰しようとする性質を有する。従って、固定位置は、第１のポスト３０２’の直径が第１の基準ホール３０２ａ’の直径よりもわずかに大きい位置であり、このような余裕は、第１のポスト３０２’の固定作業を容易に実行できるようにする。

以上のことから、第１のポスト３０２’の直径は、第１の基準ホール３０２ａ’の直径よりも大きい範囲から、第１の基準ホール３０２ａ’の直径よりも小さい範囲まで連続的に変化するように縮径型に設計することが望ましいということがわかる。

第１のポスト３０２’の位置が固定されると、第２のポスト３０３’の位置のみが光源とレンズの整列に影響を与えるが、後者があたえる影響は、第１のポスト３０２’または両方のポスト３０２’、３０３’のすべてが基準ホールの中心からずれることで、レンズに与える偏差に比べて非常に小さい。したがって、光源とレンズの整列作業誤差を数マイクロメートル以内に制限して最小限に抑えることができるようになる。

以上、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して説明したが、本開示は、実施例に基づいて同一の技術思想の範囲内で形状、位置、サイズ、及び配列について、様々な変形が可能である。したがって、本開示の権利範囲は、上述した特定の実施例に限定されてはならず、本開示の保護範囲は、以下、添付した請求の範囲と同じか均等な領域にまで及ぶことを理解すべきである。

本特許出願は、２０１５年１２月１５日に韓国に出願した特許出願番号第１０-２０１５-０１７９０１４号及び２０１５年１２月１５日に韓国に出願した特許出願番号第１０-２０１５-０１７９０３０号について米国特許法１１９（ａ）条（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ§１１９（ａ））に基づいて優先権を主張し、そのすべての内容は、参考文献として本特許出願に併合される。さらに、本特許出願は、米国以外の国でも、前記同様の理由で優先権を主張し、そのすべての内容は、参考文献として本特許出願に併合される。

Claims (13)

1. 光送信装置であって、前記光送信装置は、
   光源からの光をコリメート（collimate）するための第１のレンズ、
   前記第１のレンズに整列して前記第１のレンズに対して前記光源と反対側である上方に配置され、前記第１のレンズからの前記コリメート（collimate）された光を反射するための反射器、
   前記反射器に整列して前記反射器の横に配置され、前記反射器において反射した光を光ファイバに伝送するための第２のレンズ、及び、
   第１のレンズ、第２のレンズ及び反射器を収容するハウジングを含み、
   前記ハウジングは、前記第１のレンズ及び前記反射器を搭載するための下部のボディと前記第２のレンズを搭載するための上部のカバーからなる分割構造であり、
   前記ボディは、前記ボディの底面の前にて中央付近まで延びたボディ左側結合部及びボディ右側結合部を含み、
   前記ボディ左側結合部及び前記ボディ右側結合部は同一の対称構造で、それぞれ少なくとも一つのフラップ、収容ホール及び係止部を含み、
   前記フラップは、前記底面から上方に延びて少なくとも前記第１のレンズと前記反射器をそれぞれ左右にて外部から保護するための保護フレームを提供し、
   前記ボディ左側結合部及びボディ右側結合部の後ろの底面のオープンスペースは、前記カバーととともに光ファイバが通過する空間を提供し、
   前記ハウジングの高さは１ｍｍ未満である光送信装置。
2. 前記カバーには、エポキシ樹脂又は屈折率マッチングオイルを注入するためのホールが形成された請求項１に記載の光送信装置。
3. 前記第１のレンズはコリメータレンズであり、前記第２のレンズは集光レンズである請求項１又は２に記載の光送信装置。
4. 前記ボディは、前記反射器を設置する反射器取付部と、前記第１のレンズを設置する第１のレンズ取付部を含む請求項１に記載の光送信装置。
5. 前記反射器取付部は、前記ボディの底面から垂直に起立し、前記第１のレンズ取付部は、前記反射器取付部より所定間隔で離間して、前記反射器取付部の前方にて前記底面から上方に延びた後に、前記底面に平行して前方に延びる請求項４に記載の光送信装置。
6. 前記第１のレンズは、前記第１のレンズ取付部の上面に凸面が下方に向くように設けられる請求項５に記載の光送信装置。
7. 前記カバーは、第２のレンズを設置するための第２のレンズ取付部を含む請求項１に記載の光送信装置。
8. 前記第２のレンズ取付部は、前記カバーの上面から垂直に下向きに起立し、前記第２のレンズは、第２のレンズ取付部の前面に設けられる請求項７に記載の光送信装置。
9. 前記カバーは上面を含み、前記上面には、前記ボディの前記ボディ左側結合部及び前記ボディ右側結合部に対応するカバー左側結合部及びカバー右側結合部が形成され、前記カバー左側結合部及び前記カバー右側結合部は同一の対称構造で、それぞれ少なくとも一つのフラップ、収容ホール及び係止部を含む請求項１に記載の光送信装置。
10. 前記ハウジングの前記ボディの底面の前方と後方の所定位置には、それぞれ第１のポストと第２のポストが下方に延びるように設けられている請求項１に記載の光送信装置。
11. 前記第１のポスト及び前記第２のポストは、円型コラムである請求項１０に記載の光送信装置。
12. 前記第１のポストは下方に行くにつれて直径が減少する縮径型コラムであり、第２のポストは、直径が一定の定円型コラムである請求項１１に記載の光送信装置。
13. 前記第１のポストは、前記ボディの底面に隣接する位置において、直径が第２のポストの直径よりも大きい請求項１２に記載の光送信装置。

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