JP6807119B2 - 光学モジュールおよびこれを製造する方法 - Google Patents

Description

本開示は、光学モジュール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、大量の情報を交換する必要性が増大しており、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。高精細（ＨＤ）および超高精細（ＵＨＤ）メディアブロードキャスティングおよびストリーミングサービスの導入以来、従来の銅線ベースのデータ送信はその容量的限界に達しており、光ファイバベースのデータ送信が新たな主流になっている。光ファイバを介したデータ送信は、電磁干渉の影響を受けにくい。その広帯域データ送信容量によって、光ファイバは、例えば、ＨＤおよびＵＨＤデジタルビデオブロードキャスティングおよびストリーミングサービスを含む、デジタルメディアの大容量送信に広く使用されている。

光学モジュールは、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を動作させる。この同じ光学モジュールが、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として動作することができる。光学モジュールは、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、構成要素の配列を調整するために位置合わせを必要とする。

韓国登録特許第１５０２３１８号

その一方で、その切断特性に起因して、光ファイバは適切に切断されないことが非常に多く、その切断面はわずかに斜めになっているかまたは傾斜している場合があり、これによって、光学的歪み現象または光信号損失が引き起こされる。それゆえ、光学的歪み現象および光信号損失を最小限に抑えるかまたは排除する光学モジュールが必要とされている。

本開示の一態様によれば、光学モジュールは、基板と、基板上に配置されている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を駆動するための、基板上に配置されている集積回路（ＩＣ）デバイスと、それぞれが１つまたは複数の光学素子と光学連通している１本または複数の光ファイバと、基板に取り付けられ、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の方向を集中させる光学ベンチであって、光学ベンチは、集中した光の方向を変化させる、光学ベンチと、１本または複数の光ファイバが間に固定された状態で、光学ベンチに取り付けられるカバーとを含む。

光学ベンチは、第１の本体と、１本または複数の光ファイバを受け入れるように第１の本体の上面上に形成されている着座溝と、着座溝の一端に隣接し、１本または複数の光ファイバの端部に面する光学ユニットとを含むことができる。光学ユニットは、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の方向を集中および変化させることができる。

光学ユニットは、着座溝の一端に隣接することができる。

カバーは、光学ベンチの第１の本体と係合するように成形されている第２の本体と、第２の本体の底面に形成されており、１本または複数の光ファイバを間に保持するように着座溝に対応して成形されている保持部とを含むことができる。

第１の本体および第２の本体は、ブロック形状であってもよい。

着座溝と保持部との間の空間は、光学ユニットに隣接する空間の１つの端部から他方の端部部分に向かって徐々に広くなるように、テーパ状にすることができる。

カバーは、保持部に第２の本体を通じて延伸する注入ポートをさらに含むことができる。

光学モジュールは、基板上に形成されている１つまたは複数の参照マークをさらに含むことができる。

光学ユニットは、１つまたは複数の光学素子に面する１つまたは複数の第１のレンズと、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偏向させるための、１つまたは複数の第１のレンズ上に配置されている反射器ユニットとを含むことができる。

反射器ユニットは、プリズムを含むことができ、１つまたは複数の第１のレンズは、プリズムの底部に配置することができる。

反射器ユニットは、約４５°の傾斜を有し、着座溝に隣接する反射面を含むことができる。

カバーは、それぞれ１本または複数の光ファイバに対応して設けられる１つまたは複数のレンズを含むレンズアセンブリをさらに含むことができる。レンズアセンブリは、光学ユニットと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ることができる。

レンズアセンブリは、カバーの第２の本体の底面から突出し、１本または複数の光ファイバの長さ方向に対して直交するレンズバーと、反射器ユニットに面するレンズバーの第１の表面に配置されている１つまたは複数の第２のレンズとを含むことができる。

レンズアセンブリは、１本または複数の光ファイバに面するレンズバーの第２の表面に配置されている１つまたは複数の第３のレンズをさらに含むことができる。

１つまたは複数の第２のレンズは、凸レンズを含んでもよい。

１つまたは複数の第２のレンズは非球面凸レンズを含んでもよく、１つまたは複数の第３のレンズは非球面凹レンズを含んでもよい。

１つまたは複数の第２のレンズは非球面凹レンズを含み、１つまたは複数の第３のレンズは非球面凸レンズを含んでもよい。

カバーブロックは、レンズアセンブリと注入ポートの間で、カバーの第２の本体の底面から突出するステップジョーをさらに含むことができる。ステップジョーは、１本または複数の光ファイバの端部の動きを制限することができる。

本開示の別の態様によれば、光学モジュールを製造する方法は、基板の上面上に配線を印刷することを含む。１つまたは複数の参照マークが、基板の上面上に印刷される。１つまたは複数の光学素子および集積回路（ＩＣ）デバイスが、配線上に取り付けられる。光学ベンチが、１つまたは複数の参照マークを参照することによって、基板に対して位置合わせされ、取り付けられる。カバーが、光学ベンチに取り付けられる。１本または複数の光ファイバが、光学ベンチとカバーとの間の空間内に挿入される。１本または複数の光ファイバの光学効率が最大になる、１本または複数の光ファイバの位置を見つけるために、光学ベンチの外側から１本または複数の光ファイバを保持しながら、１本または複数の光ファイバの垂直方向および水平方向が調整される。１本または複数の光ファイバが、光学効率が最大になる位置に固定される。

固定は、カバーに形成されている注入ポートを通じて接着剤を注入することと、接着剤を硬化させることとを含むことができる。

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。

本開示の原理による、光学モジュールの一例の分解斜視図である。 図１の光学モジュールの基板の斜視図である。 図１の光学モジュールの光学ベンチの透過斜視図である。 図１の光学モジュールのカバーの透過斜視図である。 互いに取り付けられている図３の光学ベンチおよび図４のカバーの断面図である。 本開示の原理による、互いに取り付けられている光学ベンチおよびカバーの別の例を示す断面図である。 互いに取り付けられている図６の光学ベンチおよびカバーを示す別の断面図である。 従来の光学素子の光ファイバおよび光学ベンチの切断面を示す図である。 本開示の原理による光ファイバおよび光学ベンチの切断面を示す図である。 本開示の原理による、光学ベンチ上およびカバー内で位置合わせされている光ファイバを示す部分上面図である。 本開示の原理による、光学ベンチ上およびカバー内で位置合わせされている光ファイバを示す部分上面図である。 本開示の原理による、光学ベンチ上およびカバー内で位置合わせされている光ファイバを示す側面断面図である。 本開示の原理による、光学ベンチ上およびカバー内で位置合わせされている光ファイバを示す側面断面図である。 本開示の原理による、光学ベンチ上およびカバー内で位置合わせされている光ファイバを示す側面断面図である。 図１の光学モジュールの斜視図である。

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、本開示の原理に従って構築される、光学モジュールの一例の分解斜視図である。図１に示すように、光学モジュールは、例えば、基板１００、１つまたは複数の光学素子１１０、１本または複数の光ファイバ２００、光学ベンチ３００、カバー４００などを含むことができる。光学素子１１０は、基板１００の上および／または中に配置することができる。１本または複数の光ファイバ２００は、それぞれ１つまたは複数の光学素子１１０と光学連通することができる。１本または複数の光ファイバ２００は、光学ベンチ３００に固定することができる。光学ベンチ３００は、１つまたは複数の光学素子１１０と１本または複数の光ファイバ２００との間の光結合を収容することができる。カバー４００は光学ベンチ３００に取り付けられ、これを被覆することができる。

光ファイバ２００は、例えば、ガラス光ファイバ、ポリマー光ファイバなどであってもよい。ポリマー光ファイバは、より容易に接続可能かつ使用可能であり得、設置費用の低減に寄与することができる。したがって、ポリマー光ファイバは、例えば、約１００ｍ以下である短距離ネットワークにおいて使用することができる。ポリマー光ファイバは、ガラス光ファイバと比較してより柔軟であり、したがって、より緊密な曲げ半径に耐えることができる。より緊密な曲げ半径は、例えば、設置のために配線が頻繁に曲げられる必要があり得る、住宅、商業建築物などの中の光ファイバ配線の設置を容易にすることができる。光ファイバ２００は、例えば、光ファイバおよび同軸ケーブルなどを束ねたハイブリッドケーブルであってもよい。代替的に、ハイブリッドケーブルは、光ファイバおよび電力線の束、光ファイバおよびローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）線（例えば、シールドなしツイストペア／シールドありツイストペア（ＵＴＰ／ＦＴＰ））の束などであってもよい。

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、その上面上に、光学素子１１０、光学素子１１０を駆動するための集積回路（ＩＣ）デバイス１２０、それに取り付けられている構成要素を位置合わせさせるための１つまたは複数の参照マーク１３０などを含むことができる。基板１００は、例えば、プリント回路基板（ＰＣＢ）などであってもよい。光学素子１１０をＩＣデバイス１２０および参照マーク１３０に電気的に接続するための配線を、製造時に基板１００上に印刷することができる。光学ベンチ３００の脚部３５０（図３に示す）を中に挿入することができる脚部挿入孔１４０を、基板１００内に形成することができる。光学素子１１０は、例えば、光学モジュールが光送信機として動作するときは発光素子などを含んでもよい。光学素子１１０は、例えば、光学モジュールが光受信機として動作するときは光検出器などを含んでもよい。レーザダイオードが発光素子として使用されてもよく、フォトダイオードが光検出器として使用されてもよい。光学素子１１０の数は、光ファイバ２００の数に対応することができる。例えば、図１は、テープスロット形状の光ファイバケーブルとして束ねられている４本の光ファイバ２００、および、それぞれ４本の光ファイバ２００に対応して配置されている４つの光学素子１１０を示す。２つの隣接する光学素子１１０は、間の間隙によって離間することができ、これは、２本の隣接する光ファイバ２００のコアの間の距離に対応することができる。ＩＣデバイス１２０は、例えば、光学素子１１０を駆動するための回路、光ファイバ２００から入力される信号を処理するための回路などであってもよい。光学モジュールが光送信機であるとき、ＩＣデバイス１２０は、例えば、発光素子を駆動するための、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）駆動ＩＣなどを含んでもよい。光学モジュールが光受信機であるとき、ＩＣデバイス１２０は、例えば、フォトダイオードトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）などを含んでもよい。

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。光ファイバ２００および同軸ケーブルがハイブリッドケーブルとしてともに束ねられるとき、銅ケーブル５３０は、光ファイバ２００から分離して、コネクタ５２０に接続することができる。コネクタ５２０は、基板（またはＰＣＢ）１００によって銅ケーブル５３０を通じて電気信号を送受信することができるように、レセプタクル５１０内に挿入することができる。

参照マーク１３０は、基板１００上に位置する光学素子１１０および光学ベンチ３００に取り付けられている光ファイバ２００をともにより正確に位置合わせすることができるように、光学ベンチ３００を基板１００上に正確に位置決めするための基準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）の正確な位置決めは、光学素子１１０と光ファイバ２００との間のより効率的な光送信に寄与することができる。したがって、参照マーク１３０は、光学ベンチ３００を基板１００上に正確に位置決めするために使用することができる。構成要素が、例えば、ピックアンドプレース機器などを使用してＰＣＢ１００上に配置されているとき、構成要素は、参照マーク１３０を参照することによって、それらの正確な位置に配置することができる。少なくとも１つの、好ましくは２つ以上の参照マーク１３０を、基板１００上に形成することができる。参照マーク１３０は、間に光学素子１１０がある状態で、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、ガラスエポキシＰＣＢについてはおよそ５０μｍレベルの精度、および、セラミックＰＣＢについてはおよそ１０μｍレベルの精度など、μｍレベル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、堆積、リソグラフィ、エッチングなどによって、マイクロメートル未満のレベルの精度で形成することができる。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、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。光学的位置合わせは、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達成することができる。参照溝が基板１００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。参照マーク１３０は、そのような誤差に起因する位置ずれを低減または排除することができる。また、基板１００上の脚部挿入孔１４０および光学ベンチ３００上の脚部３５０を使用した位置合わせと、参照マーク１３０を使用した位置合わせの両方を実行することによって、より高い精度で光学モジュールを製造および構築することができ、これによって、性能および耐久性の改善に寄与することができる。

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、例えば、ベンチ本体３１０、光学ユニット３２０、着座溝３３０、側壁部分３４０、脚部３５０などを含むことができる。ベンチ本体３１０は、ブロック形状であってもよい。光学ユニット３２０は、光学素子１１０と光ファイバ２００との間で放射される光を集中させることができる。光ファイバ２００は、着座溝３３０上に着座することができる。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。上述したように、脚部３５０は、光学ベンチ３００を基板１００に取り付けるために使用することができる。

着座溝３３０は、例えば、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、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は、例えば、テーパ形状を有することができ、これは、光学ユニット３２０に隣接する一端から光ファイバ２００を挿入することができる他端に向かって徐々に広がることができる。着座溝３３０は、光学ユニット３２０に隣接する一端から他方の端部部分に向かって徐々に深くすることができる。着座溝３３０は、深さおよび幅が例えばおよそ５°の傾斜を有するように形成されるように構築することができる。光学ユニット３２０に隣接する一端において、着座溝３３０のサイズ（例えば、幅、深さなど）は、挿入される光ファイバ２００の各々の直径に対応することができる。

着座溝３３０の壁面を形成することができる側壁部分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。カバーブロック４００に係合することができる固定溝３４１を、側壁部分３４０の外面上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の端部が配置される位置に形成することができる。光学ユニット３２０は、１つまたは複数の光学素子１１０に面するように位置決めすることができる１つまたは複数の第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、反射器ユニット３２２は、光学素子１１０から放射される光または光ファイバ２００からの光の光路を、例えば、約９０°だけ偏向させるために、第１のレンズ３２１上にまたは第１のレンズ３２１に近接して配置することができる。第１のレンズ３２１を、最高の光受信効率を保証することができる距離だけ光学素子１１０から離間することができるように、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の底部は、光学素子１１０と第１のレンズ３２１との間の分離距離を保証するために一定の高さまたは深さを有するように設定することができる。第１のレンズ３２１として凸レンズが使用されてもよい。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、反射器ユニット３２２内で使用することができる。プリズム、反射器、または反射面は、例えば、約４５°の傾斜を有することができる。

脚部３５０は、光学ベンチ３００を基板１００上に取り付けるために使用することができる。脚部３５０は、脚部挿入孔１４０に対応する位置において、光学ベンチ３００の底面上に、例えば、ピラー、ロッド、ピンなどの形態で形成することができる。脚部３５０を脚部挿入孔１４０内に挿入することによって、最適な光結合に適した精密な位置において、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、カバー４００の透過斜視図であり、図５は、互いに取り付けられている光学ベンチ３００およびカバー４００を示す断面図である。

図４に示すように、カバー４００は、例えば、カバー本体４１０、レンズアセンブリ４２０、保持部（またはリテーナ）４３０、側底部４４０、注入ポート４５０などを含むことができる。カバー本体４１０は、ブロック形状であってもよい。レンズアセンブリ４２０は、受信光を集中させることができる。注入ポート４５０内に接着剤を注入することができる。保持部４３０は、光ファイバ２００を保持することができる。側底部４４０は、保持部４３０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。保持部４３０は、着座溝３３０の形状に対応する形状に形成することができる。保持部４３０の１つの端部部分を、着座溝３３０に挿入し、結合することができる。すなわち、着座溝３３０の形状に対応するために、保持部４３０は、テーパ状になり、レンズアセンブリ４２０に隣接する一端から、光ファイバ２００が挿入される他端に向かって徐々に広がることができる。保持部４３０の底面は、レンズアセンブリ４２０に隣接する一端において最も低くすることができ、他端に向かって徐々に高くすることができる。

レンズアセンブリ４２０に隣接する保持部４３０の一端における高さは、光学ベンチ３００およびカバー４００が互いに結合されるときに、一端が、着座溝３３０に挿入されることによって光ファイバ２００を保持することができるように、設定することができる。注入ポート４５０は、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、保持部４３０の幅と同じ幅を有するように形成することができ、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を固定し、動かないようにすることができるように、例えば、エポキシなどのような接着剤を、注入ポート４５０を通じて注入することができる。注入される接着剤は、光ファイバ２００の間および周り、ならびに、光ファイバ２００および保持部４３０の間および周りで動く（例えば、流れる）ことができる。注入ポート４５０の入口は、入口が下向きに徐々に狭くなるように、テーパ状にすることができる。本体４１０の側面の端部から延伸する固定ポート４４１を、光学ベンチ３００の固定溝３４１に対応する位置に形成することができ、これによって、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。

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することができる。レンズアセンブリ４２０は、光ファイバ２００の切断（または端）面と接触している垂直面を有するレンズバー４２３と、レンズバー４２３の他の面に配置されており、反射器ユニット４２２に面する１つまたは複数の第２のレンズ４２１とを含むことができる。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することができる。第２のレンズ４２１は、それぞれ光ファイバ２００に対して配置することができる。第２のレンズ４２１は、非球面レンズであってもよく、これによって光学収差を低減することができる。レンズバー４２３の厚さは、光学損失を最小限に抑える光路を形成するように設定することができる。光ファイバ２００と光学素子１１０との間の部分に送達される光は、レンズアセンブリ４２０および光学ユニット３２０を使用して２倍に集中させることができ、これによって、光を送達する効率を改善することができる。

図６および図７は、本開示の原理に従って構築される、光学モジュールの別の例の断面図である。図６は、光学モジュールが光受信機であるときの、互いに結合されている光学ベンチ３００およびカバー４００を示す。図７は、光学モジュールが光送信機であるときの、互いに結合されている光学ベンチ３００およびカバーブロック４００を示す。図３〜図５に示す光学モジュールと同じである構成の記述は省略する。

図６および図７に示すように、カバー４００は、カバー本体４１０、光ファイバ２００と光学ユニット３２０との間の光を集中させるレンズアセンブリ４２０、接着剤が注入される注入ポート４５０、光ファイバ２００を保持する保持部４３０、例えば、保持部４３０の右および左側面に形成される側底部４４０、および、光ファイバ２００の切断（または端）面の位置を制限するために保持部４３０の１つの端部部分から延伸するステップジョー（またはストッパ）４６０を含むことができる。

保持部４３０は、保持部４３０の一端を着座溝３３０に挿入し、結合することができるように、着座溝３３０の形状に対応する形状に形成することができる。すなわち、着座溝３３０の形状に対応するために、保持部４３０は、テーパ状になり、ステップジョー４６０に隣接する一端から、光ファイバ２００が挿入される他端に向かって徐々に広がるテーパ形状に形成することができる。保持部４３０の底面４４０は、ステップジョー４６０に隣接する一端において最も低くすることができ、他端に向かって徐々に高くすることができる。ステップジョー４６０に隣接する保持部４３０の一端における高さは、光学ベンチ３００およびカバー４００が互いに結合されるときに、光ファイバ２００を抑制するように設定される。

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、保持部４３０の幅と同じ幅を有するように形成することができ、ステップジョー４６０から離間することができる。着座溝３３０に挿入される光ファイバ２００を固定し、動かないようにすることができるように、例えば、エポキシなどのような接着剤を、注入ポート４５０を通じて注入することができる。注入される接着剤は、毛細管作用に起因して、光ファイバ２００の間および周り、ならびに、光ファイバ２００および保持部４３０の溝の間および周りで流れることができる。注入ポート４５０の入口は、下向きに徐々により狭くなるように、テーパ状にすることができる。

ステップジョー４６０は、光ファイバ２００の切断（または端）面を配置することができる光路上の位置に形成することができる。ステップジョー４６０は、例えば、カバーブロック４００の底面からの突出部として形成することができる。光ファイバ２００の端部の動きは、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を低減または排除するために、光ファイバ２００のコーティング層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、シールを証明し、接着剤がステップジョー４６０を通り越して流れるのを防止するように、光ファイバ２００の外形に一致するような輪郭にすることができる。

レンズアセンブリ４２０のレンズの構成は、光学モジュールが受信機であるときと、光学モジュールが送信機であるときとの間で異なり得る。図６において、光学モジュールが光受信機であるとき、例えば、フォトダイオードなどのような光検出器を、光学素子１１０ｂとして使用することができる。凸レンズを、レンズアセンブリ４２０の第２のレンズ４２１として使用することができる。凹レンズを、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、例えば、反射器ユニット３２２に面する第２のレンズ４２１、光ファイバ２００に面する第３のレンズ４２２、および、第２のレンズ４２１がその１つの表面に位置決めされており、第３のレンズ４２２が他の表面に位置決めされているレンズバー４２３を含むことができる。レンズバー４２３は、光ファイバ２００の切断（または端）面に対して直角に形成することができる。凹レンズは、第３のレンズ４２２が、光ファイバから分散される光を受け取るために使用することができる。受信光は、均等に分散され得る。凸レンズは、第２のレンズ４２１が、反射器ユニット３２２へと光を集中させるために使用することができる。

図７において、光学モジュールが光送信機であるとき、例えば、レーザＬＥＤなどのような発光素子を、光学素子１１０ａとして使用することができる。レンズアセンブリ４２０’は、反射器ユニット３２２に面する第２のレンズ４２１’、光ファイバ２００に面する第３のレンズ４２２’、および、第２のレンズ４２１’がその１つの表面に位置決めされており、第３のレンズ４２２’が他の表面に位置決めされているレンズバー４２３を含むことができる。レンズバー４２３は、光ファイバ２００の切断面に対して直角に形成することができる。凹レンズは、第２のレンズ４２１’が、反射器ユニット３２２によって反射される分散光を受け取るために使用することができる。受信光は、均等に分散され得る。凸レンズは、第３のレンズ４２２’が、光ファイバ２００の切断面へと光を集中させるために使用することができる。レンズバー４２３の厚さは、光学損失が最小限に抑えられた光路を形成するように設定することができる。

以降、光学モジュール内の光路を図６および図７を参照しながら説明する。図６に示すように、光学モジュールが光受信機であるとき、光ファイバ２００から放射される光は、光ファイバ２００から放出される光の直径が第３のレンズ４２２によって拡大された後に、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る。光は例えば、凸レンズであってもよい第１のレンズ３２１に向けて送達されるように、反射器ユニット３２２によって約９０°だけ偏向させることができる。第１のレンズ３２１は、送達される光を、光検出器であってもよい光学素子１１０ｂへと集中させ、送達することができる。光ファイバ２００から受信される光は、レンズアセンブリ４２０によって集中させることができ、第１のレンズ３２１によってさらに集中させることができ、結果、光学素子１１０ｂに入射する光を集中させることができる。凸レンズが光受信機内の第３のレンズ４２２に使用される場合、凸レンズの表面から散乱する光の割合が増大し得る。凸レンズの表面から散乱する光の量の増大に起因する、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のような光学的歪み現象の増大は、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６において、光学的歪み現象は、非球面片側凹レンズが光受信機内の第３のレンズ４２２に使用されるときに、低減することができる。

図７に示すように、光学モジュールが光送信機であるとき、光学素子１１０ａから放出される放射光Ｒは、凸レンズであってもよい第１のレンズ３２１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、凹レンズであってもよい第２のレンズ４２１’に送達することができる。第２のレンズ４２１’は、反射器ユニット３２２からの均等に分散された光を受け取ることができ、これによって光学的効率を改善することができる。凸レンズであってもよい第３のレンズ４２２’は、光ファイバ２００のコアへと光を集中させて送達することができる。光学素子１１０ａの放射光は第１のレンズ３２１によって集中させることができ、レンズアセンブリ４２０’によってさらに集中させることができ、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）以下であってもよい。凸レンズが光送信機内の第２のレンズ４２１’に使用される場合、凸レンズの表面から散乱する光の割合が増大し得る。凸レンズの表面から散乱する光の量の増大に起因する、例えば、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のような光学的歪み現象の増大は、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において、光学的歪み現象は、非球面片側凹レンズが光送信機内の第２のレンズ４２１’に使用されるときに、低減することができる。

図８および図９は、光ファイバ２００の切断面が、光ファイバ２００の長さ方向に対して垂直な垂直面に対して「ａ°」だけ傾斜しまたは斜めになっているときに、光ファイバが着座溝３３０、３３０’に設置されている状態の比較を示す図である。それらの切断特性に起因して、光ファイバ２００の切断面の角度は、いくつかの事例において、垂直面に対して例えば、約０．１°〜約５°だけ傾斜し得る。光学ベンチ３００の着座溝３３０’の幅および深さがテーパ形状に形成されていないとき、図８に示すように、光ファイバ２００の傾斜した切断面は、バー４２３の表面に対してａ°だけ傾斜し得る。結果として、光ファイバ２００の切断面は、レンズバー４２３の垂直面と完全には接触しなくなり得る。同様に、光ファイバ２００の切断面がレンズアセンブリ４２０に対して水平に配置されていない、または、レンズバー４２３の垂直面と完全には接触していないとき、光学的損失が生じる場合があり、光学的クロストーク、リターンロスなどが隣接する光路の間に生じる場合がある。光ファイバ２００の切断面がレンズアセンブリ４２０に対して水平に配置されていない、または、レンズバー４２３の垂直面と完全には接触していないとき、光ファイバ２００と光学素子１１０との間の送達光の効率が満足のいくものになるまで光ファイバ２００の受動的位置合わせを調整または実施するのに長い時間がかかる場合がある。

図９は、本開示の原理による、テーパ状着座溝３３０に結合されている光ファイバ２００を概略的に示す図である。図９に示すように、着座溝３３０はテーパ状であるため、光ファイバ２００は、光ファイバ２００の端部がレンズバー４２３の垂直面と、または、レンズアセンブリ４２０に対して水平に完全に接触することができるように、傾斜し得る。光ファイバ２００は、製造工程の挿入段階において挿入することができる。光ファイバ２００の方向は、光学的効率を最大化することができる角度において調整および保持することができる。その後、接着剤を注入および硬化させて、光ファイバ２００を固定することができる。したがって、光ファイバ２００が切断されると、光ファイバの切断された端面がその長さ方向に対して直角になるように研磨工程を実施する必要がなくなり得る。加えて、光ファイバ２００と光学素子１１０との間の送達光の効率が必要とされる値に達するまで、光ファイバ２００を受動的に位置合わせさせる工程が、劇的に短縮することができる。結果として、光学モジュールをより高い歩留まりで製造することができ、それゆえ、大量生産により適したものになることができる。

図１０および図１１は、図１に示すような、光学ベンチ３００上およびカバー４００内で位置合わせされている光ファイバ２００を示す上面図である。図１２〜図１４は、それを示す側面断面図である。

図１０および図１１に示すように、着座溝３３０および保持部４３０は、光ファイバ２００の端部が配置される一端から、光ファイバ２００が挿入される他方の端部部分に向かって徐々に広がるようになるために、水平方向にテーパ状にすることができる。結果として、光ファイバ２００の切断面の水平方向傾斜に応じて、切断面がレンズアセンブリ４２０のレンズバー４２３と完全に接触することを可能にするために、光ファイバ２００の方向を、左または右に水平方向に調整することができる。加えて、図１２〜図１４に示すように、着座溝３３０と保持部４３０の底面４３３との間の空間は、光ファイバ２００の端部が配置される１つの端部部分から、光ファイバ２００が挿入される他方の端部部分に向かって徐々に広がるようになるために、垂直方向にテーパ状にすることができる。結果として、光ファイバ２００の切断面の垂直方向傾斜に応じて、切断面がレンズアセンブリ４２０のバー４２３と完全に接触することを可能にするために、光ファイバ２００の方向を垂直方向に調整することができる。

図１５は、光ファイバ２００が中に挿入されている、基板１００に結合されている光学ベンチ３００およびカバー４００を示す。本開示の原理に従って光学モジュールを製造する方法を、図１５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る。この時点において、参照マーク１３０も、配線とともに印刷することができる。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を参照することによって、基板および／または配線に結合することができる。

次に、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を参照することによって、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を参照することによって実施することができる。位置合わせは参照マーク１３０に基づいて実施されるため、脚部挿入孔１４０および脚部３５０の結合のみに依拠する位置合わせ工程と比較して、正確度を劇的に改善することができる。それゆえ、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する位置合わせ誤差を低減または排除することができる。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、それによって、固定力を増大することができる。固定ポート４４１にフック構造が利用されるとき、図４に示すように、ワンタッチ結合が可能であり得る。

次に、光ファイバ２００を、着座溝３３０と保持部４３０との間の空間内に挿入することができる。図４において、光ファイバ２００の切断面を、第２のレンズ４２１が形成されるレンズアセンブリ４２０のレンズバー４２３の表面に接触させ、結合することができる。着座溝３３０および保持部４３０は垂直方向および水平方向においてテーパ形状に形成することができるため、光ファイバ２００の方向を、例えば、センサを使用して、光学的効率を最大化することができる角度へと垂直方向および水平方向において調整することができる。光ファイバ２００は、光学的効率を最大化することができる角度に保持することができる。テーパ形状を形成することによって、たとえ光ファイバ２００がその長さ方向に対して完全に直交しない場合であっても、切断面は、レンズアセンブリ４２０のレンズバー４２３と水平方向において完全に接触することができる。したがって、切断面が長さ方向に対して直交するようにするための研磨工程を排除することが可能であり得る。これによってまた、工程の歩留まりが大幅に増大することができ、光学モジュールを大量生産により適したものにすることができる。また、光ファイバ２００の切断面が水平方向においてレンズアセンブリ４２０に接しないことに起因して生じる光学的損失を低減または排除することが可能であり得る。

次に、接着剤が注入ポート４５０を通じて注入されて、硬化されて、光ファイバ２００を固定する。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の底面に限定されず、例えば、基板１００の上面上のような、他の場所に配置されてもよい。銅ケーブル５３０のレセプタクル５１０は、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。上述したように、ガラス光ファイバ、プラスチック光ファイバ、ハイブリッドケーブルなどが、光ファイバ２００として使用されてもよい。

上述したように、本開示は、構成要素間の光学的結合の効率を改善することができる光学モジュールを提供する。また、位置合わせ工程の公差を大きく改善することができ、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、製造段階の数を低減することができる。さらに、光学モジュールの厚み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、例えば、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ために、非球面凹レンズを、送信光を集中させるのに利用することができる。また、より大きい位置合わせ公差を達成するために、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、これによって、構成要素の組み立て工程を容易にすることを可能にすることができる。

本開示よれば、たとえ光ファイバの切断面が垂直でない場合であっても、光ファイバの切断面は、光路上で垂直に配置することができる。したがって、光ファイバの端部部分を研磨する段階を排除することができ、それによって、製造工程が単純化し、製造時間およびコストが低減する。

加えて、本開示によれば、光ファイバの切断面が垂直でないとき、光ファイバは、時間のかかる受動的位置合わせを実施することなく、必要な光送信効率を満たす角度および位置において位置合わせすることができる。結果として、製造工程を単純化することができ、製造時間を短縮することができ、歩留まりを改善することができる。

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。

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、図面および添付書類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。本明細書において与えられている例は例示に過ぎず、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 (14)

1. 基板と、
   前記基板上に配置されている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を駆動するための、前記基板上に配置されている集積回路（ＩＣ）デバイスと、
   それぞれ前記１つまたは複数の光学素子と連通している１本または複数の光ファイバと、
   前記基板に取り付けられ、前記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の方向を集中させる光学ベンチであって、前記光学ベンチは、前記集中した光の方向を変化させる、光学ベンチと、
   前記１本または複数の光ファイバが間に固定された状態で、前記光学ベンチに取り付けられるカバーと、
   を備え、
   前記光学ベンチは、
   第１の本体と、
   前記１本または複数の光ファイバを受け入れるように前記第１の本体の上面上に形成されている着座溝と、
   前記着座溝の一端に隣接し、前記１本または複数の光ファイバの端部に面する光学ユニットと、を備え、
   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前記光の前記方向を集中および変化させ、
   前記カバーは、
   前記光学ベンチの前記第１の本体と係合するように成形されている第２の本体と、
   前記第２の本体の底面に形成されており、前記１本または複数の光ファイバを間に保持するように前記着座溝に対応して成形されている保持部と、を備え
   前記着座溝と前記保持部との間の空間は、前記光学ユニットに隣接する前記空間の、前記光学ユニットに隣接する１つの端部から前記１つの端部に対向する他方の端部部分に向かって徐々に広くなるように、テーパ状になっている、光学モジュール。
2. 前記第１の本体および前記第２の本体は、ブロック形状である、請求項１に記載の光学モジュール。
3. 前記カバーは、前記保持部に前記第２の本体を通じて延伸する注入ポートをさらに備える、請求項１に記載の光学モジュール。
4. 前記基板上に形成されている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。
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前記光を偏向させるための、前記１つまたは複数の第１のレンズ上に配置されてい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。
6. 前記反射器ユニットは、プリズムを含み、前記１つまたは複数の第１のレンズは、前記プリズムに近接して配置されている、請求項５に記載の光学モジュール。
7. 前記反射器ユニットは、約４５°の傾斜を有し、前記着座溝に隣接する反射面を含む、請求項５に記載の光学モジュール。
8. 前記カバーは、それぞれ前記１本または複数の光ファイバに対応して設けられる１つまたは複数のレンズを含むレンズアセンブリをさらに備え、
   前記レンズアセンブリは、前記光学ユニットと前記１本または複数の光ファイバとの間で送信される前記光を集中させる、請求項５に記載の光学モジュール。
9. 前記レンズアセンブリは、
   前記カバーの第２の本体の前記底面から突出し、前記１本または複数の光ファイバの長さ方向に対して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第１の表面に配置されている１つまたは複数の第２のレンズと、
   を備える、請求項８に記載の光学モジュール。
10. 前記レンズアセンブリは、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第２の表面に配置されている１つまたは複数の第３のレンズをさらに備える、請求項９に記載の光学モジュール。
11. 前記１つまたは複数の第２のレンズは凸レンズを含む、請求項１０に記載の光学モジュール。
12. 前記１つまたは複数の第２のレンズは非球面凸レンズを含み、前記１つまたは複数の第３のレンズは非球面凹レンズを含む、請求項１１に記載の光学モジュール。
13. 前記１つまたは複数の第２のレンズは非球面凹レンズを含み、前記１つまたは複数の第３のレンズは非球面凸レンズを含む、請求項１０に記載の光学モジュール。
14. 前記カバーは、レンズアセンブリと注入ポートの間で、前記カバーの第２の本体の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前記端部の動きを制限する、請求項５に記載の光学モジュール。

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