KR102353432B1 - 광송수신용 조립체 - Google Patents

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KR102353432B1
KR102353432B1 KR1020190074775A KR20190074775A KR102353432B1 KR 102353432 B1 KR102353432 B1 KR 102353432B1 KR 1020190074775 A KR1020190074775 A KR 1020190074775A KR 20190074775 A KR20190074775 A KR 20190074775A KR 102353432 B1 KR102353432 B1 KR 102353432B1
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Abstract

광송수신용 조립체를 개시한다.
본 발명의 실시예들은 적어도 하나의 광소자를 포함하는 기판에 결합되도록 구성된 광송수신용 조립체에 있어서, 기판 상에 배치되는 바디 조립체로서, 기판에 수직한 제1방향으로 진행하는 빛을 제1방향과 수직인 제2방향으로 진행하도록 반사시키는 반사기; 적어도 하나의 광소자와 반사기 사이에 배치되는 제1렌즈군으로서, 적어도 하나의 광소자와 반사기를 광학적으로 커플링 시키는 제1렌즈군; 반사기와 제2방향으로 이격되어 배치되는 바디 홀; 및 바디 홀과 연통하며 제1방향 및 제2방향에 수직한 제3방향으로 연장되는 잉여액체 유도홈을 포함하는 바디 조립체; 및 바디 조립체 상에 배치되는 커버 조립체로서, 바디 홀의 안착홈에 수용되는 커버 스페이서; 및 반사기와 인접한 커버 스페이서의 일면 상에 배치되는 제2렌즈군으로서, 적어도 하나의 광섬유를 광학적으로 커플링 시키는 제2렌즈군을 포함하는 커버 조립체를 포함하되, 안착홈은 커버 스페이서에 대응되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 광송수신용 조립체를 제공한다.

Description

광송수신용 조립체{ASSEMBLY FOR TRANSMITTING AND RECEIVING LIGHT}
본 발명의 실시예들은 광송수신용 조립체 및 그를 이용한 광송수신기에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
데이터 센터(data center), 클라우드 컴퓨팅(cloud computing), 고성능 컴퓨팅(high-performance computing; HPC), UHD(ultra-high definition) 및 3차원 가시화 기술(three-dimensional visualization technologies) 등과 같은 기기 간 대용량 데이터 전송에 대한 시장의 요구는 급속도로 증가하고 있다. 덧붙여, 시스템 내부에서 랙과 랙(rack-to-rack) 사이, 보드와 보드(board-to-board) 사이 및 칩과 칩(chip-to-chip) 사이의 연결을 위한 광연결(optical interconnects) 기술에 대한 지속적인 수요 증가는 광연결 기술을 실용화 단계 및 사업화 단계까지 끌어 올렸다.
이와 같은 추세에 따라, 대용량 데이터 수용을 위한 인피니밴드(InfiniBand), DVI(digital visual interface), HDMI(high definition multimedia interface), DP(DisplayPort), USB 3.0 등과 같은 기기 간 디지털 인터페이스 규격의 대역폭(bandwidth)도 증가하고 있다. 또한, 기기 간 디지털 인터페이스 규격의 대역폭 확장을 위해 대용량 정보 전송이 가능한 소형 다채널 광모듈(optical module)에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다.
최근에는 스마트 기기 내부의 보드 간 광연결에 대한 요구도 증가하고 있다. 광모듈(optical module)을 스마트 기기에 실장하기 위한 많은 노력을 기울이고 있다.
그러나 현재 상용화되어 사용되고 있는 광통신 기술은 장거리 데이터 전송에 근간을 두고 있다. 대부분의 광통신 부품 및 시스템 제조업체는 근거리 광통신 시스템이나 단거리 광연결에도 장거리 광통신 기술을 그대로 적용하거나 일부 변형하여 적용하고 있다. 결과적으로 이러한 광통신 부품 및 시스템 제조업체에서 생산된 근거리 광통신 시스템이나 단거리 광연결 솔루션은 비효율적일 수밖에 없다.
따라서 근거리 광통신 시스템에 적합하고 비용효과적인 광연결 솔루션이 필요하다. 대용량 데이터 전송 및 단거리 광연결에 적합하고 비용효과적인 광연결 솔루션 중 하나가 수직 공진형 반도체 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser; VCSEL)와 수직 입사형 광다이오드(vertical-type photodiode)를 사용한 광송수신 모듈(optical transceiver module)이다.
광섬유(optical fiber)와 수직 공진형 반도체 레이저 또는 수직 입사형 광다이오드 간의 광결합(optical coupling)을 위해 통상적으로 수직 공진형 반도체 레이저로부터 방출되는 빛 또는 수직 입사형 광다이오드에 입사되는 빛의 경로를 90°만큼 변경한다. 광경로의 변경을 위해 거울 또는 프리즘과 같은 광학계(optical system)가 필요하고, 광결합 효율을 높이기 위해 적어도 하나의 렌즈가 필요하다.
도 1은 종래의 광송수신기에 포함된 광학계의 개념도이다.
종래의 광송수신기에 적용된 광학계는 송신기 콜리메이터 렌즈(transmitter collimator lens, 120), 송신기 반사 프리즘(transmitter reflection prism, 130), 송신기 집광 렌즈(transmitter focusing lens, 140), 광섬유(150), 수신기 콜리메이터 렌즈(receiver collimator lens, 160), 수신기 반사 프리즘(170), 수신기 집광 렌즈(180)를 포함한다. 여기서, 광섬유(150) 이전까지의 광학계는 광송신기에 포함되고, 광섬유(150) 이후의 광학계는 광수신기에 포함된다.
광원(110)에서 생성되어 방출된 빛은 일정한 방사각을 갖고, 광원(120)의 표면에 수직한 방향으로 방출되어 송신기 콜리메이터 렌즈(120)에 입사된다. 송신기 콜리메이터 렌즈(120)는 광원(110)으로부터 입사된 빛을 평행하게 진행하는 빛으로 변환한다. 송신기 반사 프리즘 (130)은 송신기 콜리메이터 렌즈(120)로부터 방출된 빛의 경로를 광섬유(150)가 존재하는 쪽으로 90°만큼 변경하고, 송신기 집광 렌즈(140)는 송신기 반사 프리즘(130)에서 반사되어 온 빛을 광섬유(150) 내부로 모아주는 역할을 한다. 광섬유(150)로부터 전송되고 방출된 빛은 수신기 콜리메이터 렌즈(160)에 입사되고, 입사된 빛을 평행하게 진행하는 빛으로 바꿔준다. 광송신기와 마찬가지로, 수신기 반사 프리즘(170)으로부터 90°만큼 빛의 경로가 변경되어 반사된다. 수신기 반사 프리즘(170)에서 반사된 빛은 수신기 집광 렌즈(180)를 통해 광다이오드(190)에 입사되어 광송신기로부터의 광신호가 최종적으로 광수신기로 전달된다.
광송신기의 경우, 광학계와 광섬유 사이의 광결합을 위해 송신기 집광 렌즈(140)와 광섬유(150) 사이에 초점 거리만큼의 거리가 필요하다. 마찬가지로 광수신기에서도 광섬유(150)와 수신기 콜리메이터 렌즈(160) 사이에 평행광을 형성하기 위한 광경로 길이가 필요하다. 따라서 이러한 거리 설정을 위해서는 특수 광섬유 정렬 기구가 필수적이다.
이러한 종래의 광학계를 사용하면, 전술한 바와 같은 광정렬 과정이 필요하기 때문에, 정밀한 계측기가 필요하다. 또한, 제품 생산에 있어서 광정렬 및 조립은 광학계 기구와 광섬유 기구 사이의 편차에 민감하기 때문에, 매우 정밀한 기구 편차 관리가 요구된다.
종래의 광학계에서는 광섬유(150)가 공기 중에 노출되는 구조이므로, 광섬유(150)의 코어(core)에 미세먼지 또는 이물질로 인한 오염이 발생할 수 있으며, 오염 정도에 따라 광결합 효율에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 또한, 광섬유(150)의 코어의 노출은 프레넬 손실(Fresnel loss)로 인한 추가적인 광결합 손실을 발생시킬 수 있으며, 이는 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
또한, 종래의 광학계에서의 광결합 효율은 광섬유(150) 단면의 절단된 상태에 의존하기 때문에, 광섬유(150) 단면의 특수 처리 과정이 필수적으로 요구된다. 이러한 문제점들을 해결하지 못할 경우, 종래의 광학계를 이용하여 생산되는 제품은 동작 결함 및 불량을 일으킬 가능성이 높다. 이러한 문제들을 내재한 상태로 상용화된 제품은 완전 수동 정렬(complete passive alignment) 방식의 조립이 어렵다.
이처럼, 광원(110)과 송신기 콜리메이터 렌즈(120), 송신기 콜리메이터 렌즈(120)와 송신기 반사 프리즘(130), 송신기 반사 프리즘(130)과 송신기 집광 렌즈(140) 및 송신기 집광 렌즈(140)와 광섬유(150) 사이의 모든 광학적 정렬이 정해진 수준의 오차 이내로 정교하게 이뤄져야 광송신이 이뤄진다. 이는 광원(110)이 광다이오드(190)로 대체된 광수신의 경우에도 마찬가지이다.
즉, 광송신기 또는 광수신기가 제대로 동작하도록 하기 위해서는 네 가지 정렬 요소의 정교한 통제가 필요하다. 또한, 시간-소모적인 과정이 없어야만 대량생산이 가능하다.
따라서 광통신용 광송수신기 내에 배치되는 광학계를 정교하고 손쉽게 정렬함과 동시에 고가의 장비나 시간-소모적인 과정을 요구하지 않으면서도 수동 정렬을 가능하게 하는 컴팩트(compact)한 광송수신용 조립체가 필요하다.
본 발명의 실시예들은 대용량 광전송을 가능케 하는 광송수신기에 사용될 수 있는 컴팩트한 광송수신용 조립체를 제공하는 데에 주된 목적이 있다.
본 발명의 실시예들은 저렴하고 대량생산이 가능한 광송수신용 조립체를 이용한 광송수신기를 제공하는 데에 일 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 적어도 하나의 광소자를 포함하는 기판에 결합되도록 구성된 광송수신용 조립체에 있어서, 기판 상에 배치되는 바디 조립체로서, 기판에 수직한 제1방향으로 진행하는 빛을 제1방향과 수직인 제2방향으로 진행하도록 반사시키는 반사기; 적어도 하나의 광소자와 반사기 사이에 배치되는 제1렌즈군으로서, 적어도 하나의 광소자와 반사기를 광학적으로 커플링 시키는 제1렌즈군; 반사기와 제2방향으로 이격되어 배치되는 바디 홀; 및 바디 홀과 연통하며 제1방향 및 제2방향에 수직한 제3방향으로 연장되는 잉여액체 유도홈을 포함하는 바디 조립체; 및 바디 조립체 상에 배치되는 커버 조립체로서, 바디 홀의 안착홈에 수용되는 커버 스페이서; 및 반사기와 인접한 커버 스페이서의 일면 상에 배치되는 제2렌즈군으로서, 적어도 하나의 광섬유를 광학적으로 커플링 시키는 제2렌즈군을 포함하는 커버 조립체를 포함하되, 안착홈은 커버 스페이서에 대응되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 광송수신용 조립체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광송수신용 조립체를 두 개의 조립체로 구분하고, 기판과 결합되는 조립체의 하부에 형성되는 포스트에 중공을 형성한 후 분할함으로써, 복잡하고 정교한 다수의 공정이 필요한 광송수신용 조립체에 포함된 광학 요소들 사이의 광정렬 효율을 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예의 다른 측면에 의하면, 대용량 고속 광전송에 필요한 광송수신기를 저렴하게 대량생산할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 광송신기 또는 광수신기에 사용되는 다수의 광학 요소 사이의 정렬을 고가의 장비나 시간-소모적인 과정 없이도 손쉽게 달성할 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 외부로부터 삽입된 광섬유와 광학 요소들을 결합할 때 사용되는 에폭시 또는 굴절률 정합물질을 외부로 흘러 내리게 할 수 있는 구조를 채택함으로써, 에폭시 또는 굴절률 정합물질에 기인한 광정렬 오차를 현저히 감소시킬 수 있도록 하는 광송수신기를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 광송수신기에 포함된 광학계의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체에 포함된 광학계의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체의 커버 조립체를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체의 바디 조립체를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체의 커버 조립체와 바디 조립체가 결합된 형상을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체의 하면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체가 기판에 결합된 모습을 도시한 측면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체가 기판에 결합되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예들의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 실시예들의 구성요소를 설명하는 데 있어서 제 1, 제 2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 광송수신용 조립체를 설명하면 다음과 같다. 또한, 더욱 명료한 설명을 위해, 서로에 대하여 수직한 제1방향, 제2방향, 및 제3방향을 정의한다. 구체적으로, 도 3을 기준으로, 제1방향은 z축과 평행하고, 제2방향은 x축과 평행하며, 제3방향은 y축에 평행하다.
삭제
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체에 포함된 광학계의 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체에 포함된 광송신용 광학계는 송신기 콜리메이터 렌즈(220), 송신기 반사기(230) 및 송신기 집광 렌즈부(240)를 포함한다. 여기서, 송신기 집광 렌즈부(240)는 송신기 집광 렌즈(242)와 송신기 스페이서(244)를 포함한다.
송신기 콜리메이터 렌즈(220)는 전광변환소자(210)로부터 방출되어 방사되는 빔을 평행한 평행빔으로 변경하여 반사기(230)로 전달한다. 여기서, 광선의 집합을 빔이라 칭한다. 송신기 반사기(230)는 송신기 콜리메이터 렌즈(220)로부터의 평행빔의 경로를 90°만큼 변경하여 송신기 집광 렌즈(242)로 보낸다. 송신기 스페이서(244)의 제2방향 두께는 송신기 집광 렌즈(242)의 초점 거리만큼의 거리에 해당한다. 송신기 스페이서(244)의 제2방향의 두께를 송신기 집광 렌즈(242)의 초점 거리와 같게 형성함으로써, 송신기 집광 렌즈(242)를 통과한 빛이 광섬유(250)의 코어에 모일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체가 광수신기에 적용되는 경우, 렌즈의 기능적 측면에서 콜리메이터 렌즈와 집광 렌즈의 역할이 광송신기에 적용되었던 렌즈들과 반대가 된다. 이하, 여러 개별 기능 요소들을 포함하는 구성요소를 조립체로 부르기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체(300)는 커버 조립체(310) 및 바디 조립체(320)를 포함한다. 기판(390)에 네 개의 수용 홀(미도시)을 형성하고, 바디 조립체(320)에 형성된 복수의 메인 포스트(321, 323)와 복수의 서브 포스트(325, 327)를 기판(390)에 형성된 네 개의 수용 홀과 직접 결합함으로써, 적어도 하나의 전광변환소자(210) 또는 적어도 하나의 광전변환소자(290)와 바디 조립체(320)의 안정적이고 효율적인 광정렬이 수행될 수 있다. 도 3에는 적어도 하나의 전광변환소자(210) 또는 적어도 하나의 광전변환소자(290)를 도시하지 않았다. 이하, 전광변환소자 및 광전변환소자를 아울러 광소자로 칭한다.
또한, 광송수신용 조립체(300)는 바디 인캡슐레이션 영역(328, body encapsulation region)을 포함한다. 바디 인캡슐레이션 영역(328)은 전광변환소자 또는 광전변환소자 및 기타 여러 전기·전자부품 및 광부품들을 외부로부터 완전히 보호하는 역할을 한다. 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 바디 인캡슐레이션 영역(328)은 바디 조립체(320)의 하면의 내부에 형성되는 소정 영역에서 기 설정된 높이만큼을 제거함으로써 형성되는 공간으로서, 바디 인캡슐레이션 영역(328)의 위쪽에는 제 1 렌즈군(1L)이 위치한다. 따라서, 바디 조립체(320)가 기판(390)과 결합하는 것만으로도 바디 인캡슐레이션 영역(328)에 배치된 여러 부품들은 외부로부터 보호된다. 여기서, 적어도 하나의 전광변환소자(210) 또는 적어도 하나의 광전변환소자(290)는 기판(390)위의 일부 영역 상에 배치되고, 이러한 전광변환소자(210) 또는 광전변환소자(290)가 배치되는 영역은 바디 인캡슐레이션 영역(380)이 형성하는 공간에 포함된다. 여기서, 제 1 렌즈군(1L)은 하나의 열로 배치된 복수의 렌즈를 포함한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체의 커버 조립체를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체의 커버 조립체(310)는 제 1 커버 홈(310a), 제 2 커버 홈(310b), 제 3 커버 홈(310c) 및 제 4 커버 홈(310d)을 포함한다. 제 1 커버 홈(310a), 제 2 커버 홈(310b) 및 제 3 커버 홈(310c)은 도 5에서 설명할 바디 조립체(320)의 구성요소들 각각과 결합되어 커버 조립체(310)에 형성된 제 2 렌즈군(2L)과 바디 조립체(320)에 형성된 반사기(324)와의 수평 방향 광정렬을 돕는다. 여기서, 수평 방향은 도 4에 도시한 제2방향 및 제3방향을 의미한다. 제 4 커버 홈(310d)은 적어도 하나의 광섬유(250)가 광송수신용 조립체(300)에 삽입되는 것을 돕는다. 도 4에는 적어도 하나의 광섬유(250)를 도시하지 않았다.
또한, 커버 조립체(310)는 커버 스페이서(311) 및 제 2 렌즈군(2L)을 포함한다. 제 2 렌즈군(2L)은 커버 스페이서(311)의 일면 상에 형성될 수 있다. 제 2 렌즈군(2L)은 바디 조립체(320)의 반사기(324)로부터의 빔을 집광하여 외부로부터 도입되는 적어도 하나의 광섬유(250)로 전달하는 역할을 한다. 여기서, 제 2 렌즈군(2L)에 포함된 적어도 하나의 렌즈의 초점 거리를 d라고 가정하자. 커버 스페이서(311)의 두께, 즉, 제2방향으로의 길이를 d와 같도록 형성하면, 제 2 렌즈군(2L)을 통과한 빔은 커버 스페이서(311)를 통과하면서 집광되고, 커버 스페이서(311)의 두 번째 경계면 상의 한 지점이 빔이 집광되는 지점이 된다. 즉, 커버 스페이서(311)의 두께가 제 2 렌즈군(2L)의 초점 거리이다. 따라서 제 2 렌즈군(2L)을 통과한 빔은 자연스럽게 커버 스페이서(311)의 다른 일면과 맞닿아 있는 적어도 하나의 광섬유(250)에 집광된다.
한편, 커버 스페이서(311)는 바디 조립체(320)의 안착홈(도 5의 E)에 수용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체의 바디 조립체를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체의 바디 조립체(210)는 제 1 바디 포스트(320a), 제 2 바디 포스트(320b), 제 3 바디 포스트(320c), 반사기 형성 홈(322), 반사기(324) 및 잉여액체 유도홈(G)을 포함한다. 또한, 바디 조립체(210)는 메인 포스트(321, 315), 서브 포스트(325, 327), 바디 인캡슐레이션 영역(328), 광섬유 가이드(329) 및 제 1 렌즈군(1L)을 포함한다.
도 5의 (a)를 참조하면, 바디 조립체(320)의 제 1 바디 포스트(320a), 제 2 바디 포스트(320b) 및 제 3 바디 포스트(320c)는 각각 커버 조립체(310)의 제 1 커버 홈(310a), 제 2 커버 홈(310b) 및 제 3 커버 홈(310c) 각각과 결합되어, 커버 조립체(310)가 바디 조립체(320)와 결합되어 고정될 수 있도록 한다. 제 1 바디 포스트(320a)는 제 1 커버 홈(310a)과 결합되면서 커버 조립체(310)를 제2방향으로 지지함과 동시에 제3방향 및 제3방향으로 고정시키고, 제 2 바디 포스트(320b) 및 제 3 바디 포스트(320c)는 각각 제 2 커버 홈(320a) 및 제 3 커버 홈(330a)과 결합되면서 커버 조립체(310)를 제2방향으로 지지함과 동시에 방향 및 제3방향으로 고정시킨다.
바디 조립체(320)의 기 설정된 영역에 반사기 형성 홈(322)을 형성하여, 반사기(324)를 형성하고, 반사기(324)의 아래쪽에는 제 1 렌즈군(1L)을 형성하여, 바디 인캡슐레이션 영역(328)이 보호하는 공간 내에 배치되는 전광변환소자 또는 광전변환소자와 광신호를 주고 받을 수 있도록 한다.
잉여액체 유도홈(G)은 광섬유 가이드(329)를 경유하여 도입된 적어도 하나의 광섬유와 커버 조립체(310)의 커버 스페이서(311)를 접촉시키되 에폭시(epoxy) 또는 굴절률 정합 물질 등을 활용하여 고정하는 과정을 통해 적어도 하나의 광섬유의 단면에 발생될 수 있는 오염을 차단하고, 적어도 하나의 광섬유의 단면과 커버 스페이서(311) 사이의 굴절률 차이를 최소화시켜 프레넬 반사 손실을 줄일 수 있다. 이러한 과정을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체는 광결합의 효율성을 극대화할 수 있다.
바디 조립체(320)의 복수의 메인 포스트(321, 323)는 제 1 렌즈군(1L)으로부터 연장하여 형성되는 가상의 선 상에 위치하여, 바디 조립체(320)가 기판(390)과 결합할 때, 제 1 렌즈군(1L)과 기판(390) 상에 배치되는 적어도 하나의 전광변환소자(210) 또는 적어도 하나의 광전변환소자(290) 사이의 광정렬을 수행하는 역할을 한다.
바디 조립체(320)의 복수의 서브 포스트(325, 237)는 바디 조립체(320)가 기판(390)과 결합할 때, 복수의 메인 포스트(321, 323)을 보조하여 바디 조립체(320)가 안정적으로 기판(390)과 결합할 수 있도록 한다.
전술한 광정렬 구조 및 방법을 통해, 본 발명의 실시예들에 따른 광송수신기를 형성하는 구성요소 사이의 정교한 통제가 이루어진다. 따라서 시간-소모적인 과정 없이 비용 효과적으로 정밀하고 손쉽게 광정렬이 가능하고, 이러한 광송수신기는 고가의 장비가 없어도 완전 수동 정렬 방법으로 조립되므로 대량생산이 가능하다.
한편, 복수의 메인 포스트(321, 323)의 각 메인 포스트(321, 323)는 바디 조립체(320)의 하면으로부터 돌출되는 복수의 포스트 절편(3211, 3231)을 포함할 수 있다. 복수의 포스트 절편(3211, 3231)는 제1방향과 평행한 가상축(VL)의 원주방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다.
복수의 포스트 절편(3211, 3231)은, 내부의 탄성력을 통해, 가상축(VL)을 중심으로 가까워지거나 멀어질 수 있으며, 이로써, 바디 조립체(320)는 보다 용이하게 기판(390)에 결합될 수 있다.
복수의 서브 포스트(325, 327)의 각 서브 포스트(325, 327)는 일체로서 형성된 원기둥 형상을 가질 수 있다. 즉, 서브 포스트(325, 327)는 메인 포스트(321, 323)의 복수의 포스트 절편에 대응되는 구성 없이, 단일 포스트로서 형성될 수 있다.
따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체는, 복수의 서브 포스트(325, 327)를 통해 바디 조립체(320)를 1차적으로 기판(390)에 가조립한 상태에서, 형상의 가변이 일부 가능한 복수의 메인 포스트(321, 323)를 기판(390)에 결합시킴으로써, 보다 용이하게 광송수신기를 조립할 수 있는 효과가 있다. 이 경우, 복수의 서브 포스트(325, 327)의 형상은 가변되지 않도록 구성되므로, 광송수신기의 조립이 완료된 상태에서, 바디 조립체(320)는 기판(390)에 대하여 정밀하게 정렬될 수 있다.
한편, 바디 조립체(320)의 바디 홀은 커버 조립체(310)의 커버 스페이서(311)가 수용될 수 있는안착홈(E)을 포함한다.
안착홈(E)은 커버 스페이서(311)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2방향과 수직한 방향으로 자른 안착홈(E)의 단면은, 제2방향과 수직한 방향으로 자른 커버 스페이서(311)의 단면에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
이 경우, 커버 스페이서(311)가 안착홈(E)에 수용된 상태에서, 바디 홀에 주입되는 액체의 적어도 일부는 커버 스페이서(311)와 안착홈(E) 사이의 공간으로 유동하는 것이 저지될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체의 커버 조립체와 바디 조립체가 결합된 형상을 도시한다.
커버 조립체(310)는 바디 조립체(320)와 결합되어 광송수신용 조립체(300)를 형성하고, 광송수신용 조립체(300)는 기판(390) 또는 다른 조립체 상에 실장된다. 바디 조립체(320)를 기판(390)과 결합한 후, 커버 조립체(310)를 바디 조립체(320)와 결합할 수도 있다.
커버 조립체(310)와 바디 조립체(320) 각각은 합성 수지를 이용하여 사출 성형(injection molding) 또는 3차원 인쇄(three-dimensional printing) 공정을 통해 형성될 수 있다.
기판(390)은 딱딱한 재질로 만들어져 다른 부품들을 지지할 수 있는 경성 인쇄회로기판 및 부드러운 재질로 만들어져 휘어질 수 있는 연성 인쇄회로기판을 포함할 수 있다.
기판(390) 상에는 적어도 하나의 전광변환소자(210) 또는 적어도 하나의 광전변환소자(290) 및 이들을 구동하기 위한 다수의 전기·전자 및 광부품들이 실장될 수 있다. 그 외에도 대용량 광전송을 위한 각종 부품들이 실장된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체의 하면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체(300)는 바디 조립체(320)의 하면으로부터 아래 방향으로 돌출된 복수의 메인 포스트(321, 323)와 복수의 서브 포스트(325, 327)를 포함한다. 복수의 메인 포스트(321, 323)는 바디 조립체(320)의 하면을 길이 방향으로 이분하는 선인 제 1 세로선(710)을 중심으로 대칭이 되도록, 제 1 렌즈군(1L)에 포함되는 모든 렌즈들을 지나는 가상의 선인 제 1 가로선(720) 상에 형성된다. 이리하여, 복수의 메인 포스트(321, 323)는 제 1 렌즈군(1L)의 초점 거리에 대응되는 위치에 배치되는 적어도 하나의 광소자와 동일선 상에 위치하게 되며, 바디 조립체(320)를 적절히 조절함으로써, 적어도 하나의 광소자와 제 1 렌즈군(1L) 사이의 광정렬을 조절할 수 있게 된다.
복수의 서브 포스트(325, 327)는 복수의 메인 포스트(321, 323)에 포함되는 모든 렌즈들을 지나는 가상의 선인 제 1 가로선(720)과 직교하는 복수의 선들 중, 복수의 메인 포스트(321, 323)를 지나는 두 개의 가상의 직선인 제 2 세로선(730) 및 제 3 세로선(750)이 제 1 가로선(720)으로부터 기 설정된 거리만큼 떨어진 곳에 제 1 가로선(720)과 평행하도록 형성된 제 2 가로선(740)과 만나는 두 지점에 형성된다. 복수의 서브 포스트(325, 327)는 바디 조립체(320)가 기판(390)에 결합될 때, 복수의 메인 포스트(321, 323)를 보조하여 제 1 렌즈군(1L)과 적어도 하나의 광소자 사이의 광정렬을 보조하는 역할을 수행한다.
바디 조립체(320)가 기판(390)에 결합될 때, 바디 조립체(320)의 하면에서 돌출되도록 형성된 복수의 메인 포스트(321, 323)는 복수의 메인 포스트(321, 323)에 대응되는 기판 상의 위치에 형성된 복수의 메인 수용 홀(미도시)에 삽입되어 결합된다. 바디 조립체(320)의 제 1 렌즈군(1L)과 기판 상에 배치된 적어도 하나의 광소자 사이의 제2방향 광학적 커플링은 기판에 형성된 복수의 메인 수용 홀을 지나는 가상의 선 상에 적어도 하나의 광소자를 나란히 배치함으로써 달성된다.
복수의 서브 포스트(325, 327) 각각의 단면은 원형이며, 최하단 지점에서의 단면의 지름은 최상단 지점에서의 단면의 지름보다 작게 형성되어, 기판(390)과 결합할 때 기판(390)으로의 삽입을 돕는다.
도 7을 도 4와 함께 참조하면, 커버 조립체(310)에 형성되는 제 2 렌즈군(2L)은 제 1 커버 홈(310a)을 제2방향으로 이등분하는 가상의 직선과 제 1 커버 홈(310a)을 이루는 변들 중, 제3방향과 평행한 변의 위치를 기준으로 형성된다. 여기서, 커버 스페이서(311)의 제2방향 두께를 제 2 렌즈군(2L)에 포함되는 렌즈 각각의 초점 거리에 맞추어 형성하면, 반사기(324)로부터 제 2 렌즈군(2L)까지의 광학적 커플링과, 커버 스페이서(311)를 경유하는 제 2 렌즈군(2L)으로부터 적어도 하나의 광섬유(250)까지의 광학적 커플링이 이루어지게 된다. 따라서 커버 조립체(310)가 바디 조립체(320)에 결합되면, 적어도 하나의 광소자, 제 1 렌즈군(1L), 반사기(324), 제 2 렌즈군(2L) 및 적어도 하나의 광섬유(250)로 이어지는 광학적 커플링이 완성되는 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체가 기판에 결합된 모습을 도시한 측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체(300)는 바디 조립체(320)의 하면에서 돌출 형성된 복수의 메인 포스트(321, 323)가 기판(390)에 형성된 복수의 수용 홀에 삽입됨으로써 기판(390)과 결합된다.
커버 조립체(310)는 바디 조립체(320)와 결합되어 광송수신용 조립체(300)를 형성하고, 광송수신용 조립체(300)는 기판(390) 또는 다른 조립체 상에 실장된다. 바디 조립체(320)를 기판(390)과 결합한 후, 커버 조립체(310)를 바디 조립체(320)와 결합할 수도 있다.
기판(390) 상에는 적어도 하나의 전광변환소자(210) 또는 적어도 하나의 광전변환소자(290) 및 이들을 구동하기 위한 다수의 전기·전자 및 광부품들이 실장될 수 있다. 그 외에도 대용량 광전송을 위한 각종 부품들이 실장된다.
이렇게 적어도 하나의 전광변환소자(210) 또는 적어도 하나의 광전변환소자(290) 및 이들을 구동하기 위한 다수의 전기·전자 및 광부품들이 기판(390) 상에 배치되고, 이 기판(390)과 광송수신용 조립체(300)가 결합하여 전체가 하나가 됨으로써, 비로소 광송수신기가 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광송수신용 조립체가 기판에 결합되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 (a)는 기판(390)의 측면도이다. 기판(390)은 위에서 아래로 갈수록 좁아지는 복수의 수용 홀을 갖도록 형성될 수 있다.
도 9의 (b) 및 도 9의 (c)는 각각 복수의 메인 포스트(321, 323)의 측면도 및 하면도이다. 복수의 메인 포스트(321, 323)는 바디 조립체(320)의 하면으로부터 돌출하여 형성된다.
복수의 메인 포스트(321, 323) 각각은 단면의 직경이 제 1 직경인 제 1 원기둥에서 중심이 제 1 원기둥과 같고, 단면의 직경이 상기 제 1 직경보다 작은 제 2 직경인 제 2 원기둥을 제거하여 제 1 원기둥에 중공을 형성한다. 그 후, 중공이 중공의 중심으로부터 방사 방향(radial direction)으로 외부로 노출될 수 있도록 중공이 형성된 제 1 원기둥의 외주면에서 제 1 원기둥의 중심을 향하도록 적어도 두 개의 개구부를 형성한다. 여기서, 개구부는 중공이 형성된 제 1 원기둥의 외주면을 따라 기 설정된 각도마다 형성될 수 있다. 예컨대, 도 9에 도시한 바와 같이 개구부가 외주면을 따라 90˚마다 형성되면, 중공을 포함하는 제 1 원기둥은 네 개의 기둥으로 분할될 것이고, 개구부가 외주면을 따라 60˚마다 형성되면, 중공을 포함하는 제 1 원기둥은 여섯 개의 기둥으로 분할되어 형성될 것이다.
이처럼, 복수의 메인 포스트(321, 323) 각각에 중공과 개구부를 형성하게 되면, 바디 조립체(320)가 기판(390)과 결합할 때, 즉, 복수의 메인 포스트(321, 323)가 기판(390)에 포함된 복수의 메인 수용 홀에 삽입될 때, 복수의 메인 포스트(321, 323) 각각을 이루는 분할된 기둥이 분할된 기둥의 중심 방향으로 힘을 받고, 이에 따라, 분할된 기둥들이 형상 변형을 일으키면서 복수의 메인 수용 홀에 삽입될 수 있다. 이러한 성질을 이용하기 위해서는 복수의 메인 포스트(321, 323)를 포함하는 바디 조립체(320)의 재질은 견고하면서도 어느 정도의 탄성을 갖는 합성 수지로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나 바디 조립체(320)의 재질은 이에 한정되지 않는다. 이러한 특징을 갖도록 형성된 복수의 메인 포스트(321, 323)를 이용함으로써, 기판(390) 상에 배치된 적어도 하나의 전광변환소자(210) 또는 광전변환소자(290)와 광송수신용 조립체(300) 사이의 정밀한 광정렬이 가능하다.
한편, 복수의 메인 포스트(321, 323)가 돌출되는 영역이 형성되는 면은 바디 조립체(320)가 기판(390)과 결합할 때 맞닿는 면보다 더 높게 기 설정된 깊이만큼의 단차를 갖도록 형성된다. 이리하여, 광송수신용 조립체(300)가 기판(390)과 결합하더라도, 복수의 메인 포스트(321, 323)가 바디 조립체(320)와 경계를 이루는 면을 포함하는 영역인 들뜸 방지 영역은 기판(390)과 닿지 않는다.
광송수신용 조립체(300)가 기판(390)과 결합할 때, 복수의 메인 포스트(321, 323)가 변형을 일으킬 수 있고, 복수의 메인 포스트(321, 323)가 변형을 일으키면, 복수의 메인 포스트(321, 323)와 인접한 바디 조립체(320)의 하면이 기판(390)으로부터 분리될 수 있기 때문에, 이러한 현상을 방지하기 위한 목적으로 들뜸 방지 영역을 형성한다.
이상의 설명은 본 발명에 따른 실시예들의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명에 따른 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예들의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예들은 본 실시예들의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 실시예들의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 실시예들의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명에 따른 실시예들의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110, 210: 전광변환소자
120, 160, 220, 262: 콜리메이터 렌즈
130, 170, 230, 270, 324: 반사기
140, 180, 242, 280: 집광 렌즈
150, 250: 광섬유 190, 290: 광전변환소자
244, 264: 스페이서 300: 광송수신용 조립체
310: 커버 조립체 310a: 제 1 커버 홈
310b: 제 2 커버 홈 310c: 제 3 커버 홈
310d: 제 4 커버 홈 311: 커버 스페이서
320: 바디 조립체 320a: 제 1 바디 포스트
320b: 제 2 바디 포스트 320c: 제 3 바디 포스트
321, 323: 메인 포스트 322: 반사기 형성 홈
325, 327: 서브 포스트 328: 바디 인캡슐레이션 영역
329: 광섬유 가이드 390: 기판
710: 제 1 세로선 720: 제 1 가로선
730: 제 2 세로선 740: 제 2 가로선
750: 제 3 세로선 1L: 제 1 렌즈군
2L: 제 2 렌즈군 G: 잉여액체 유도홈

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 광소자를 포함하는 기판에 결합되도록 구성된 광송수신용 조립체에 있어서,
    상기 기판 상에 배치되는 바디 조립체로서,
    상기 기판에 수직한 제1방향으로 진행하는 빛을 상기 제1방향과 수직인 제2방향으로 진행하도록 반사시키는 반사기;
    상기 적어도 하나의 광소자와 상기 반사기 사이에 배치되는 제1렌즈군으로서, 상기 적어도 하나의 광소자와 상기 반사기를 광학적으로 커플링 시키는 제1렌즈군;
    상기 반사기와 상기 제2방향으로 이격되어 배치되는 바디 홀;
    상기 바디 홀과 연통하며 상기 제1방향 및 상기 제2방향에 수직한 제3방향으로 연장되는 잉여액체 유도홈; 및
    상기 잉여액체 유도홈으로부터 상기 제2방향으로 연장되는 광섬유 가이드
    를 포함하는 바디 조립체; 및
    상기 바디 조립체 상에 배치되는 커버 조립체로서,
    상기 바디 홀의 안착홈에 수용되는 커버 스페이서; 및
    상기 반사기와 인접한 상기 커버 스페이서의 일면 상에 배치되는 제2렌즈군으로서, 적어도 하나의 광섬유를 광학적으로 커플링 시키는 제2렌즈군을 포함하는 커버 조립체를 포함하되,
    상기 안착홈은 상기 커버 스페이서에 대응되는 형상을 가지고,
    상기 잉여액체 유도홈은 상기 광섬유 가이드를 경유하여 도입된 상기 적어도 하나의 광섬유의 단면과 상기 커버 스페이서가 상기 잉여액체 유도홈의 일공간에서 접촉 및 고정되도록 형성되는 것
    을 특징으로 하는 광송수신용 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2방향과 수직한 방향으로 자른 상기 안착홈의 단면은, 상기 제2방향과 수직한 방향으로 자른 상기 커버 스페이서의 단면에 대응되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 광송수신용 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커버 스페이서가 상기 안착홈에 수용된 상태에서, 상기 바디 홀에 주입되는 액체의 적어도 일부는 상기 커버 스페이서와 상기 안착홈 사이의 공간으로 유동하는 것이 저지되는 것을 특징으로 하는 광송수신용 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바디 조립체는,
    상기 제1렌즈군의 양측에 배치되는 복수의 메인 포스트; 및
    상기 복수의 메인 포스트와 상기 제2방향으로 이격되어 배치되는 복수의 서브 포스트를 포함하되,
    상기 복수의 메인 포스트의 각 메인 포스트는,
    상기 바디 조립체의 하면으로부터 돌출되는 복수의 포스트 절편으로서, 상기 제1방향과 평행한 가상축의 원주방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 복수의 절편을 포함하는 것을 특징으로 하는 광송수신용 조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 서브 포스트의 각 서브 포스트는 일체로서 형성된 원기둥 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 광송수신용 조립체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 바디 조립체는 상기 기판에 인접한 일면 상에 함몰되어 형성된 인캡슐레이션 영역을 더 포함하되,
    상기 바디 조립체가 상기 기판에 결합된 상태에서, 상기 인캡슐레이션 영역은 상기 적어도 하나의 광소자를 완전히 둘러싸도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광송수신용 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 메인 포스트가 형성되는 상기 바디 조립체의 하면의 영역은 함몰된 형상을 가지는 들뜸 방지 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광송수신용 조립체.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 서브 포스트의 각 포스트는 상기 제3방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 광송수신용 조립체.
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