KR20170071646A - 광 케이블용 송신 장치 및 그 정렬 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시는 광 송신장치로서 바디와 커버의 이분할 구조로 이루어진다. 바디에는 렌즈와 반사기가 설치되고, 커버에는 다른 렌즈와 광섬유가 설치된다. 본 개시는 광 송신장치의 포스트를 이용하여 기판에 오차 없이 정렬하는 방법을 개시한다.

Description

광 케이블용 송신 장치 및 그 정렬 방법{Light transmitter for optical cable and arrange method therefor}

본 개시는 광 케이블용 송신 장치 및 그 정렬 방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

장거리 통신에 널리 사용 중인 광섬유 기반 신호 전송방법은 전자기 간섭(Electromagnetic Interference, EMI)에 무관한 동작 특성과 광대역 주파수에서의 효용성 등의 장점으로 인해 고속, 고밀도의 데이터 전송이 요구되는 고화질 디지털 비디오 디스플레이 장치를 비롯한 대용량 디지털 미디어 전송에 널리 적용되고 있다.

이러한 광섬유 기반 신호 전송 방법은 광섬유와 광소자 사이에 렌즈와 반사수단을 개재시키는 구조를 이룸으로써 달성할 수 있으며, 이러한 구조를 실현하기 위하여 광섬유와 반사수단 및 렌즈가 고정설치된 구조물을 광소자가 실장된 기판에 설치하여 광 정렬을 수행하는 방법을 사용할 수 있다.

한편, 이러한 광 정렬 방법으로 제조되는 광 송수신 장치는 광소자, 렌즈, 반사수단 및 광섬유를 어떠한 방식으로 정렬하는가에 따라서 구조의 단순화, 제품생산비용의 절감, 내구성과 정밀도의 향상 등을 가져올 수 있으므로 광 정렬의 문제는 중요하다.

그러나 종래의 방식으로 광 정렬을 수행하여 제조되는 광 송수신 장치는 고가(high cost)일 뿐 아니라, 부피가 커서 스마트폰과 같은 이동통신기기에 사용하기 어려운 문제가 있으며 복잡한 구조를 가지므로 안정성이 확보되지 않는 문제가 있다.

출원인은 2014년 11월 28일 출원된 한국특허출원 제2014-0168272호에서 도 1a 및 도 1b와 같은 광 송수신 장치를 제안하였다.

광 송수신 장치는 광소자(215')가 설정위치에 배치되고, 제1 기준홀(A')과 상기 제1 기준홀(A')과 제1 간격을 두고 형성되는 제2 기준홀(B')을 가지는 베이스플레이트(210') 및 광소자(215')와 광통신하는 광섬유(340') 및 렌즈부(320')가 고정 설치되고 제1 기준홀(A')에 삽입되는 제1포스트(C')와 상기 제2 기준홀(B')에 삽입되는 제2 포스트(D')를 가지는 광섬유고정블럭(300')을 포함한다.

광섬유(340')는 가이드면(310')을 따라 삽입된다. 광소자(215') 및 렌즈부(320')는 수직 방향으로 중심이 일치하도록 정렬되며, 렌즈부(320') 위쪽에는 반사수단(330')이 설치된다. 광섬유(340')에서 나온 광은 반사수단(330')을 통해 굴절되어 렌즈부(320')를 통해 집광되어 광소자(215')로 입사하고, 역으로 광소자(215')에서 나온 광은 렌즈부(320')를 통해 집광되어 반사수단(330')을 통해 굴절되어 광섬유(340')로 입사하도록 되어 있다.

이러한 광 송수신 장치는 송수신을 겸용하면서 우수한 효율을 보이나, 다음과 같은 단점이 있다.

최근의 임베디드 시스템 스펙은 표준 IC 팩키지에 맞추어 광 송수신 장치의 전체 높이가 1mm이하일 것을 요구하고 있다. 이 요구에 따른 설계와 제조면에서의 가장 큰 문제는 렌즈부의 직경이나 두께를 축소할 경우 그 만큼 집광율이 떨어져 원활히 광의 송수신을 수행할 수 없다는 점이다. 또, 외부 치수를 줄이면서 렌즈부 수치를 그대로 유지하면, 반사부에서 광손실이 발생하고 광섬유로 입사하는 광의 굴절각이 커서 광의 일부가 광섬유를 도파하지 못하는 등 광학계 구조의 정합성이 어긋나는 문제가 있다.

여기서 출원인은 광의 송수신을 동시에 수행하는 기존 장치로 새로운 스펙을 만족하는 것은 한계가 있다고 판단하고, 광의 송신만을 행하는 광 송신장치로 개선하면, 초소형의 설계 조건을 충족하면서 광의 송신을 더욱 효율적으로 수행할 수 있다는 지견에 이르게 되었다.

동시에, 광 송신장치의 렌즈와 기판의 광원을 정렬시키기 위한 방법을 개선하였다.

이하 기술하는 본 개시의 설명은 이러한 지견을 토대로 한 것이다.

이에 본 발명에 따른 일 실시예는, 초소형화 조건에 적합한 광 송신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 실시예에 따른 또 다른 목적은 새로운 방식의 광 송신 장치를 제공하여 광 송신 장치의 허용 오차를 줄이고, 광 송신 장치의 소형화를 이뤄 경제성, 제조의 편리성 등을 꾀하는 데 있다.

본 실시예에 따른 또 다른 목적은 광 송신장치와 기판의 정렬 작업 오차를 수 마이크로미터 이내로 제한하여 최소화할 수 있는 정렬 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 제1렌즈, 상기 제1렌즈보다 위로 제1렌즈에 정렬되어 배치된 반사기 및 상기 반사기에서 반사된 빛을 수광하도록 반사기의 옆에 정렬되어 배치된 제2렌즈; 및 제1렌즈, 제2렌즈 및 반사기를 수용하는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 하부의 바디와 상부의 커버로 이루어지는 분할 구조이고, 상기 하우징의 높이는 1mm미만인 광 송신장치를 제공한다.

본 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 광 송신장치의 정렬 방법으로서, 상기 광 송신장치에 결합되며 광원을 포함하는 기판을 제공하는 과정; 상기 기판의 제1기준홀에 상기 제1포스트를 결합하는 과정; 상기 기판의 제2기준홀에 상기 제2포스트를 결합하는 과정; 및 상기 광 송신장치의 제1렌즈와 상기 기판의 광원을 정렬하는 과정을 포함하는 광 송신장치의 정렬 방법을 제공한다.

본 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 광 통신 어셈블리가 광 송신 장치와 상기 광 송신장치에 결합되는 기판을 포함하고, 상기 광 송신장치는 콜리메이터 렌즈, 상기 콜리메이터 렌즈보다 위로 정렬되어 배치된 반사기 및 상기 반사기에서 반사된 빛을 수광하도록 반사기의 옆에 정렬되어 배치된 집광렌즈; 및 상기 콜리메이터 렌즈, 집광렌즈 및 반사기를 수용하는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 하부의 바디와 상부의 커버로 이루어지는 분할 구조이고, 상기 하우징의 높이는 1mm 미만이며, 상기 커버에는 에폭시 또는 굴절률 매칭 오일을 주입하기 위한 홀이 형성되고, 상기 하우징의 상기 바디의 밑면의 전방과 후방의 소정 위치에는 각각 제1포스트와 제2포스트가 아래로 연장되어 설치되고, 상기 기판은 상기 콜리메이터 렌즈와 정렬되는 광원, 상기 제1포스트와 결합하는 제1기준홀 및 상기 제2포스트와 결합하는 제2기준홀을 포함하는 광 통신 어셈블리를 제공한다.

본 실시예에 의하면, 복수 개 렌즈로 이루어지는 렌즈군을 활용하여, 광 송신기로서 기능하면서, 초소형의 설계 조건을 충족하고, 광 송신을 더욱 효율적으로 수행할 수 있는 광 송신장치를 제공한다.

또, 본 정렬방법에 의한 광 송신 장치는 기판의 광원과의 정렬 오차가 최소화되며, 소형화가 가능하고 별도의 가이드 부재가 필요하지 않으므로 제조비용이 저감되는 효과가 있다.

또, 이외에도, 본 발명의 효과는 실시예에 따라서 우수한 내구성을 가지는 등 다양한 효과를 가지며, 그러한 효과에 대해서는 후술하는 실시예의 설명 부분에서 명확하게 확인될 수 있다.

도 1a는 종래기술에 따른 광 송수신 장치의 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 측면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 광 송신장치의 광 송신의 원리를 보인 개념도이다.
도 3은 본 실시예의 광 송신장치의 전체 외관 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 실시예의 광 송신장치의 바디의 좌측면도 및 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 실시예의 광 송신장치의 커버의 좌측면도 및 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 실시예의 바디와 커버로 이루어진 하우징이 기판에 연결된 것을 도시한 좌측면도 및 평면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 실시예에 따른 광 송신장치를 기판에 정렬하는 방법을 보인 개념도로서 도 7b는 제1포스트를 고정한 경우의 원리도이고, 도 7c는 제2포스트를 고정한 경우의 원리도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 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 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '체결'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 '연결', '결합' 또는 '체결'될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이하 본 개시의 일 실시예로 제시되는 광 송신장치(1)의 원리, 구조 및 정렬 방법에 대하여 차례로 설명한다.

1. 광 송신의 원리

먼저 도 2를 참조로 본 개시의 일 실시예인 광 송신장치(1)의 광학 구조를 중심으로 광 송신의 원리에 대하여 설명한다.

본 개시의 광 송신장치(1)는 광소자로서의 광원(source;12)이 설치된 기판(10)에 대향하고, 렌즈군(20), 반사기(14) 및 광케이블(30)을 포함한다. 렌즈군(20)은 광원(12)과 반사기(14)사이에 설치되는 제1렌즈(22)와 반사기(14)와 광케이블 사이에 설치되는 제2렌즈(24)를 포함한다. 광케이블(30)에는 광섬유(32)가 삽입되어 있다, 반사기(14)는 프리즘인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

광원(12), 제1렌즈(22) 및 반사기(14)의 중심이 서로 일치하도록 세 부재는 높이 방향으로 정렬된다. 유사하게, 반사기(14) 및 제2렌즈(24)의 중심과 광 케이블(30)의 광 수용부 중심점이 일치하도록 세 부재는 수평 방향으로 정렬된다. 광원(12)과 제1렌즈(22)와의 정렬 방법에 대해서는 출원인의 선출원인 한국특허출원 제2014-0168272호 및 2013-0146599호에 개시되어 있으며, 이들은 여기서의 참조로 본 출원의 내용에 병합된다.

제1렌즈(22)는 바람직하게는 콜리메이터 렌즈(collimating lens)이고, 제2렌즈(24)는 바람직하게는 집광 렌즈(focusing lens)이다. 콜리메이터 렌즈를 통과한 빛은 표면파가 되어 평행광을 이루며, 집광 렌즈를 통과한 빛은 집광되어 결속된다. 따라서, 도시한 것과 같이, 광원(12)에서 출광한 빛은 제1렌즈(22)를 통과하며평행 경로를 형성하여 반사기(14)로 입사하고, 반사기(14)에서 반사된 광은 도면의 우측으로 평행하게 진행하고 제2렌즈(24)를 통과하여 커플링된 후 광섬유(32)의 집광부인 코어로 입사한다.

광원(12)은 기판상에 복수 개 일렬로 정렬될 수 있다. 이 경우 제1렌즈(22)및 제2렌즈(24)는 각각의 광원(12)에 맞추어 일렬로 복수 개 설치된다.

이러한 본 개시의 광 송신장치(1)는 제1렌즈(22)와 제2렌즈(24)의 복수 개 렌즈로 이루어지는 렌즈군(20)을 채용한 점에 특징이 있다. 높이 1mm이하의 초소형 설계 조건을 만족하면서 광원과 반사기 사이에 집광렌즈만을 배치하는 단일 렌즈 구조를 유지하면 렌즈의 치수가 작아지고, 광 경로 특히 작은 높이를 도파해야 하는 광 경로가 단축되어, 광원에서 출광되는 빛이 반사기에 정확히 모이지 못하고, 반사기에서 반사된 광의 일부분도 광 섬유내 도파 가능한 전반사 임계값을 초과하게 입사하여 클래드 외부로 산란되는 광 손실이 발생한다. 그러나, 본 개시의 광 송신장치(1)는 제1렌즈(22)와 제2렌즈(24)의 복수 개 렌즈로 이루어지는 렌즈군(20)을 활용하여, 송수신을 동시에 수행하는 기존 장치를 벗어나 광의 송신을 행하는 송신기로서 기능하면서, 초소형의 설계 조건을 충족하고, 광 송신을 더욱 효율적으로 수행하는 것이다.

제1렌즈(22)의 주 기능은 광원(12)에서 출광하는 광의 발산각을 줄이는 것으로서 제2렌즈(24)의 결속 역할 부담을 분산시키고 동시에 광 정렬 허용 오차를 넓히는 역할을 한다. 광 신호 커플링에 관한 렌즈 역할 분산은 광 섬유의 광 도파 제한 조건인 개구수(NA;Numerical Aperture)에 대한 영향을 줄인다. 이는 빔의 분산 정도에 따른 렌즈의 굴절 정도를 조절할 수 있음을 의미하며, 특히 제1렌즈(22)로부터 콜리메이팅된 빛을 제2렌즈(24)로 집광하면 광을 광섬유의 NA에 대해 최대한 커플링하는데 용이하다.

2. 광 송신장치의 구조

도 3은 도 2의 구조를 포함하는 본 개시의 광 송신장치(1)의 전체 외관 사시도이다.

광 송신장치(1)는, 렌즈군(20)과 반사기(14)가 설치된 하우징(2)을 포함한다. 광 송신장치(1)는 광원(12)이 설치된 기판(10)에 대향하여 결합된다.

하우징(2)은 대략 사각형으로 바디(3)와 커버(4)의 이분할 구조로 되어 있다. 커버(4)의 상면에는 에폭시와 같은 접착제를 주입하기 위한 홀(40)이 설치되고, 커버(4)의 후면에는 가령 사다리꼴 형으로 절삭되어 광케이블(30)을 안내하는 가이드(41)가 설치된다.

하우징(2)의 높이(H)는 1mm 미만의 초소형이다. 이는 일반적인 칩보다 작은 두께로서 본 개시의 광 송신장치(1)는 두께가 얇거나 크기가 작은 장치의 적용에 유용하다.

본 개시의 광 송신장치(1)는 부품 및 광 정렬을 위한 기준 성형품을 제거한 것으로 하우징(2)과 기판(10) 자체로 광 정렬을 수행할 수 있으므로 기준 성형품의 사용에서 발생하는 정렬 오차를 줄일 수 있다. 하우징(2)은 플라스틱 사출 성형으로 제작되므로 대량 생산과 조립이 용이하다.

도 4(a) 및 도 4(b)는 광 송신장치(1)의 바디(3)의 좌측면도 및 평면도이다.

바디(3)는 긴 직사각형의 밑면(300)과, 밑면(300)의 선단 앞 부근에서부터 중앙 부근까지 연장된 밑면(300)보다 높이가 큰 좌측결합부(310) 및 우측결합부(312)를 포함한다. 밑면(300)을 가운데 두고 양측에서 좌측결합부(310) 및 우측결합부(312)가 밑면(300)을 지지하는 구조로 되어 있다. 좌측결합부(310)는 앞에서부터, 위로 돌출된 제1플랩(315), 제1수용홀(313) 및 위로 돌출된 제1걸림부(316)로 이루어지며, 마찬가지로 우측결합부(312)는 앞에서부터, 위로 돌출된 제2플랩(317), 제2수용홀(314) 및 제2걸림부(318)로 이루어진다. 전체적으로 좌측결합부(310)와 우측결합부(312)는 동일한 형상의 대칭 구조이다.

제1플랩(315)과 제2플랩(317)은 밑면(300)에서 위로 수직 연장되어 제1렌즈(24)와 반사기(14)를 각각 좌우에서 외부로부터 보호한다. 걸림부(316,318)와 수용홀(313,314)은 커버(4)의 대응 요소와 결합되기 위한 부재이다. 이점에서, 좌측결합부(310) 및 우측결합부(312)는 렌즈와 반사기의 보호 프레임을 제공하는 동시에, 커버(4)와의 체결 구조도 제공한다. 따라서, 이 기능을 수행하는 한 그 크기, 형상 및 위치는 임의로 변경할 수 있다.

밑면(300)과 이들 결합부(310,312)는 일체로 형성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지 않는다.

좌측 및 우측 결합부(310,312) 뒤쪽의 밑면(300)상의 개방공간(300s)은 커버(4)와 협력하여 광섬유가 통과하는 공간을 제공하는데, 이는 후술하는 커버(4)의 제3플랩(403) 및 제4플랩(408)에 의해 폐쇄되어 외부 충격이나 진동으로부터 안정된 광섬유 안내 구조를 제공한다.

밑면(300)의 길이 방향 중심선을 따라 전방과 후방의 소정 위치에는 각각 제1포스트(302)와 제2포스트(303)가 아래로, 즉 기판을 향하여 형성되어 있다. 제1포스트(302) 및 제2포스트(303)는 하부로 돌출된 원형의 컬럼이다. 도 4(a)에 도시된 예에서는 광 정렬의 오차를 흡수하기 위하여 제1포스트(302)를 아래로 갈수록 직경이 미소하게 감소하는 축경(縮俓)형 칼럼으로, 제2포스트(303)는 직경이 일정한 정원(定圓)형 칼럼으로 도시하고 있다. 제1포스트(302)의 상부, 즉 밑면(300)에 인접한 부근에서는 제1포스트(302)의 직경이 제2포스트(303)의 직경보다 크다. 이는 제1포스트(302)의 높이 방향의 한 기준점을 중심으로 그 위쪽에서는 제1포스트(302)의 직경이 제2포스트(303)보다 크며, 아래쪽에서는 제1포스트(302)의 직경이 제2포스트(303)보다 작을 수 있다는 것을 의미한다.

다음에, 본 개시의 바디(3)는 반사기설치부(301)와 제1렌즈설치부(304)를 이용하여 반사기(14) 및 제1렌즈(22)를 설치하고 있다. 반사기 설치부(301)는 도4 (a)에 도시한 것처럼 밑면(300)의 선단에서 수직으로 기립하고 있다. 제1렌즈설치부(304)는 반사기 설치부(301)보다 소정 간격 이격되어 그 전방에 형성되며, 밑면(300)의 하단에서 반사기 설치부(301)의 시작점보다 약간 높은 높이까지 연장된 후 평행하게 전방으로 연장되어 전체적으로 "ㄱ"자 형상을 이루고 있다. 반사기설치부(301)와 제1렌즈설치부(304)는 밑면(300)과 일체로 제작되거나 유닛화된 모듈로 별도 제작되어 밑면(300)에 결합될 수 있다.

제1렌즈(22)는 제1렌즈설치부(304)의 상면(304a)에 그 볼록면이 아래를 향하도록 설치된다. 반사기(14)는 상기 상면(304a)의 끝단과 반사기설치부(301)의 정점을 가로질러 경사지게 설치된다. 제1렌즈(22)가 복수 개 설치되는 경우는 도 4(b)에 도시한 것과 같이 상면(304a)을 따라 일렬로 일정 간격을 두고 설치된다. 이 경우, 반사기(14)는 일정한 반사면을 제공하는 한 하나의 단일한 프리즘을 설치하여도 좋다.

반사기설치부(301)와 제1렌즈설치부(304)는 본 개시의 광 송신장치(1)에 적합한 광 경로를 제공하도록 제1렌즈(22) 및 반사기(14)를 수용하는 부재이므로, 도 2를 참조로 설명한 광 전달 기능을 수행하는 범위 안에서 형상, 치수 및 위치는 자유로이 변경할 수 있다.

본 개시에 의하면, 제1렌즈(22)와 반사기(14)는 바디(3)에 설치하고, 제2렌즈(204)는 커버(4)에 설치하는 분리 구조를 통해 소형화 치수에 적합한 컴팩트한 광 송신장치를 용이하게 설계하고 제작할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 광 송신장치(1)의 커버(4)의 좌측면도 및 평면도이다.

커버(4)는 긴 직사각형으로, 밑면(300)보다 폭이 넓은 상면(400)을 포함한다. 상면(400)의 하부에는 전술한 바디(3)에 대응하는 위치에 좌측에 좌측결합부(420)가 그리고 우측에 우측결합부(430)가 형성되어 있다. 좌측결합부(420)는 앞에서부터, 아래로 돌출된 제3걸림부(401), 제3수용홀(402) 및 아래로 돌출된 제3플랩(403)으로 이루어지며, 마찬가지로 우측결합부(430)는 앞에서부터, 아래로 돌출된 제4걸림부(406), 제4수용홀(407) 및 아래로 돌출된 제4플랩(408)으로 이루어진다.

좌측결합부(420) 및 우측결합부(430)는 광 케이블의 보호 프레임을 제공하고, 바디(3)의 대응 요소와 결합되기 위한 부재이다. 따라서, 이 기능을 수행하는 한 그 크기, 형상 및 위치는 임의로 변경할 수 있는 것이다. 또, 상면(400)과 이들 결합부(420,430)는 일체로 형성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되지는 않는다.

전술한 것과 같이, 상면(400)의 전방에 폭 방향의 중간 지점에는 에폭시와 같은 접착제를 주입하기 위한 홀(40)이 설치되어 있다. 홀(40)을 통해 주입된 에폭시는 광섬유와 커버(4)의 결합을 안정되게 하고, 결합과정에서 제2렌즈(24)의 벽면과 광섬유의 단면 사이를 채워 광이 투과하는 면으로부터 발생할 수 있는 반사를 줄일 수 있다. 본 개시에서는 에폭시 외, 광섬유와 플라스틱 성형품을 연계하며 광통신을 가능하게 하는 다른 점성도 높은 재료를 주입할 수 있다. 가령, 에폭시를 대체하거나 이에 더하여 굴절률 매칭 오일(index matching oil)을 주입하여 광섬유로 입사하는 광의 NA를 줄이는 효과를 기대할 수 있다.

본 개시의 커버(4)는 제2렌즈설치부(404)를 이용하여 제2렌즈(24)를 설치하고 있다. 제2렌즈설치부(404)는 도5 (a)에 도시한 것처럼 상면(300)의 전방부에서 수직으로 하향하여 기립하고 있다. 제2렌즈(24)는 제2렌즈설치부(404)의 전면(404a)에 설치된다. 제2렌즈(24)의 설치 높이는 반사기(14)에서 반사된 빛을 모두 수용하도록 반사기(14)의 위치에 맞추어 설정된다. 제1렌즈(22)가 복수이면 도5(b)에 도시한 것과 같이 제2렌즈(24)도 각각의 제1렌즈(22)의 수에 맞추어 설치된다.

제2렌즈(24)와 제2렌즈설치부(404)가 설치되는 부분은 커버(4)에서는 개방공간(40s)으로 남지만, 이 공간은 바디(3)의 상기 제1플랩(315) 및 제2플랩(317)에 의해 좌우에서 폐쇄되므로 외부 충격이나 진동으로부터 안정된 렌즈계 구조를 제공하게 된다.

제2렌즈설치부(404)는 본 개시의 광 송신장치(1)에 적합한 광 경로를 제공하도록 제2렌즈(24)를 수용하는 부재이므로, 도 2를 참조로 설명한 광 전달 기능을 수행하는 범위 안에서 형상, 치수 및 위치는 자유로이 변경할 수 있다.

이상의 본 개시에 의하면, 바디(3)와 커버(4)의 분리 구조를 통해 소형화 치수에 적합한 컴팩트한 광 송신장치를 용이하게 설계하고 제작할 수 있다.

또한, 바디(3)의 조정 없이 가령 커버(4)에 설치되는 제2렌즈(24)의 위치만을 변경하여 광섬유와의 간격을 조정하거나 반사기(14)의 반사광 경로에 맞출 수 있으므로 광 정렬 및 교정 작업에 있어 편리하다.

도 6(a) 및 도 6(b)는 전술한 바디(3)와 커버(4)로 이루어진 하우징(2)이 기판(10)에 연결된 것을 도시한 좌측면도 및 평면도이다. 설명의 편의상 도 6(a)에서는 각 부재의 우측에 해당하는 도면번호는 괄호로 병기하여 표기하였다.

바디(3)의 제1플랩(315)과 제2플랩(317)은 커버(4)의 상면(400)에 맞닿도록 체결되어 제1렌즈(22), 반사기(14) 및 제2렌즈(24)로 이루어지는 광학계를 좌우에서 보호하는 보호 프레임을 제공하고 있다.

바디(3)의 제1수용홀(313) 및 제2수용홀(314) 안으로는 커버(4)의 제3걸림부(401) 및 제4걸림부(406)각각이 수용된다. 또, 커버(4)의 제3수용홀(402) 및 제4수용홀(407) 안으로는 바디(3)의 제1걸림부(316) 및 제2걸림부(318)각각이 수용된다. 이러한 연속된 요철 구조의 반복 체결은, 바디(3)와 커버(4)의 안전하고 정확한 체결을 제공하며, 조립후의 위치 어긋남을 최소화 할 수 있다.

또, 커버(4)의 제3플랩(403)과 제4플랩(408)은 바디(3)의 공간(300s)을 폐쇄하면서 상면(300)에 맞닿아 결합되어 외부 충격이나 진동으로부터 안정된 광섬유 안내 구조를 제공한다.

본 개시의 광 송신장치의 하우징(2)구조상 특징 중의 하나는 제1렌즈(22)와 반사기(14)를 바디(3)에 설치하고, 제2렌즈(24)와 광섬유도입부는 커버(4)에 설치한 점에 있다. 따라서, 이 특징을 유지하면서 가령 제1플랩 및 제2플랩을 커버(4)에 설치하고 제3플랩 및 제4플랩은 바디(3)에 설치하는 것 또는 바디(3) 및 커버(4)에 설치된 걸림부와 수용홀을 각각 반대로 형성하거나 순서를 바꾸는 것 등 당업자 수준에서 다양한 변형이 가능하다.

또, 광원(12)이 제1포스트(302) 및 제2포스트(303)의 외측에 배치된 경우를 전제로 설명하였지만, 한국특허출원 제2014-0168272호에 개시한 것과 같이 광원(12)을 제1포스트(302)및 제2포스트(303)의 중간 영역에 배치한 경우에도 적절히 하우징의 구조를 변형하여 적용할 수 있을 것이다.

다시 도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하면, 본 개시의 하우징(2)은 기판(10)에 결합되어 있다.

기판(10)에는 하우징(2)의 제1포스트(302)와 제2포스트(303) 각각을 수용하는 제1기준홀(302a)과 제2기준홀(303a)이 형성되어 있다. 제1포스트(302)와 제2포스트(303)는 각각의 제1기준홀(302a) 및 제2기준홀(303a)에 삽입된다. 제1포스트(302)가 축경형 칼럼이므로 제1포스트(302)를 제1기준홀(302a)에 삽입할 때 처음에는 미세한 여유 공간을 확보하며 삽입된다. 점차 삽입이 진행됨에 따라 제1포스트(302)는 제1기준홀(302a)에 간극 없이 맞닿는 위치에 고정된다.

이러한 결합 구조를 가지는 본 개시의 광 송신장치(1)는 후술하는 것과 같이 기판(10)과의 조립 과정에서 발생할 수 있는 틀어짐을 최소화할 수 있다.

3. 광 송신장치의 정렬방법

본 개시의 광 송신장치의 정렬방법의 원리에 대하여 기판(10)의 평면도를 주로 도시한 도 7(a) 내지 도 7(c)를 참조로 설명한다.

기판(10)상에는 광원(12)이 설치되고, 광원(12)에 정렬하여 제1기준홀(302a) 과 제2기준홀(303a)이 형성되어 있다. 광원(12), 제1기준홀(302a) 및 제2기준홀(303a)의 폭 방향(도면의 상하방향) 중심선을 각각 (111),(112) 및 (113), 광원(12), 제1기준홀(302a) 및 제2기준홀(303a)의 길이 방향(도면의 좌우방향) 중심선을 (114)로 표시하기로 한다. "A"는 중심선(111)과 중심선(112)간의 간격, "B"는 중심선(112)과 중심선(113)간의 간격이다.

높이 1mm미만의 초소형 광 송신장치(1)에 있어 조립 공차의 수정은 수 마이크로미터의 오류를 제거하는 것을 의미하므로 정교한 정렬 작업이 필요하다. 보통 기판(10)은 스펙이나 사양에 맞추어 미리 완성되어 공급된다. 따라서, 기판(10)과 광 송신장치(1)를 조립할 때의 핵심은 결국 기판(10)에 위치한 광원(12)에 맞추어 제1렌즈(22)를 최대한 오차 없이 정렬시켜 조립하는 것이다. 이를 위한 이상적인 조립은 각각의 기준홀의 중심과 각각의 포스트의 중심이 수um의 오차 없이 정렬되는 것이다. 그러나, 실제 조립 공정에서 완벽한 체결은 어렵다. 따라서, 이 문제를 해소하기 위한 방안으로, 제1포스트(302) 및 제2포스트(303)중의 어느 하나를 고정시켜 해당되는 포스트의 공차는 없애고, 남은 나머지 포스트의 공차만이 광원(12)에 정렬되어야 하는 제1렌즈(22)의 위치에 영향을 주게하여 오차를 최소한으로 줄이는 것을 생각할 수 있다.

도 7(b)는 제1포스트(302)를 움직임이 없도록 고정한 경우의 원리도이다. A:B = 1:8 이고, 제2포스트(303)가 제2기준홀(303a)의 중심에서 위로 20um 편향되어 위치한다고 가정한다. 이 경우, 제1렌즈(22)가 광원(12)에 대하여 어긋난 거리는 비례식에 의하여 아래방향으로 2.5um가 된다.

도 7(c)는 제2포스트(303)를 움직임이 없도록 고정한 경우의 원리도이다. A:B = 1:8 이고, 제1포스트(302)가 제1기준홀(302a)의 중심에서 위로 20um 편향되어 위치한다고 가정한다. 이 경우, 제1렌즈(22)가 광원(12)에 대하여 어긋난 거리는 비례식에 의하여 윗방향으로 160um가 된다.

따라서, 적어도 광원(12)이 모든 기준홀에 대하여 외측에 배치된 경우에는 광원(12)에 근접한 제1포스트(302)를 고정하는 것이 제2포스트(303)를 고정하는 것보다 최종적으로 64배 오차를 줄일 수 있다. 이상의 원리는 포스트가 윗 방향 뿐만 아니라 아래 또는 좌우 방향으로 기준홀의 중심으로부터 어긋난 경우에도 적용된다.

당업자라면, A:B의 비례관계가 클수록, 즉 포스트 간의 거리가 멀 수록 또는 제1포스트가 광원이나 제1렌즈에 가까울수록 조립 오차를 최소화할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 개시의 광 송신장치(1)는 제1포스트(302)를 제1기준홀(302a)에 고정시키기 위하여, 전술한 것과 같이, 제1포스트(302)를 축경형 칼럼으로 설계하여 제1포스트(302)를 제1기준홀(302a)에 삽입할 때 처음에는 미세한 여유 공간을 확보하며 삽입되고, 점차 삽입이 진행됨에 따라 제1기준홀(302a)에 간극 없이 맞닿는 위치에서 고정되도록 하고 있다.

고정 위치는 제1포스트(302)와 제1기준홀(302a)의 직경이 일치하는 지점일 수 있다. 그러나, 포스트는 가령 플라스틱 재질로 몰드 성형되므로 가압되면 압축 변형되어 삽입되고 압력이 해제되면 탄성 복원력에 의해 원형으로 복귀하려는 성질을 가진다. 그러므로, 고정 위치는 제1포스트(302)의 직경이 제1기준홀(302a)의 직경보다 약간 큰 위치일 수 있으며, 이러한 여유는 제1포스트(302)의 고정 작업을 용이하게 수행할 수 있게 한다.

이상으로부터 제1포스트(302)의 직경은 제1기준홀(302a)의 직경보다 큰 범위에서 제1기준홀(302a)의 직경보다 작은 범위까지 연속적으로 변하도록 축경형으로 설계하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

제1포스트(302)의 위치가 고정되면, 제2포스트(303)의 위치만이 광원과 렌즈의 정렬에 영향을 주지만, 후자가 미치는 영향은, 제1포스트(302) 또는 두 포스트(302,303) 모두가 기준홀의 중심에서 어긋나 렌즈에 미치는 편차에 비하여 매우 작다. 따라서, 광원과 렌즈의 정렬 작업 오차를 수 마이크로미터 이내로 제한하여 최소화할 수 있게 된다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조로 설명하였으나, 본 개시는 실시예를 토대로 동일한 기술 사상 범위내에서 형상, 위치, 크기 및 배열에 대하여 다양한 변형이 가능한 것이다. 따라서, 본 개시의 권리범위는 상술한 특정 실시예로 한정되어서는 아니되며, 본 개시의 보호범위는 이하 첨부하는 청구범위와 동일 및 균등한 영역에까지 미침을 이해하여야 할 것이다.

Claims (20)

1. 광 송신장치로서, 상기 광 송신장치는:
   제1렌즈, 상기 제1렌즈보다 위로 제1렌즈에 정렬되어 배치된 반사기 및 상기 반사기에서 반사된 빛을 수광하도록 반사기의 옆에 정렬되어 배치된 제2렌즈; 및
   제1렌즈, 제2렌즈 및 반사기를 수용하는 하우징을 포함하며,
   상기 하우징은 하부의 바디와 상부의 커버로 이루어지는 분할 구조이고,
   상기 하우징의 높이는 1mm미만인 광 송신장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 커버에는 에폭시 또는 굴절률 매칭 오일을 주입하기 위한 홀이 형성된 광 송신장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1렌즈는 콜리메이터 렌즈이며, 상기 제2렌즈는 집광렌즈인 광 송신장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 바디는 상기 반사기를 설치하는 반사기설치부와 상기 제1렌즈를 설치하는 제1렌즈설치부를 포함하는 광 송신장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 반사기설치부는 상기 바디의 밑면에서 수직으로 기립하며, 상기 제1렌즈설치부는 상기 반사기 설치부 보다 소정 간격 이격되어 그 전방에서 상기 밑면에서 위로 연장된 후 평행하게 전방으로 연장되는 광 송신장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 제1렌즈는 상기 제1렌즈설치부의 상면에 볼록면이 아래를 향하도록 설치되고, 상기 반사기는 상기 상면의 끝단과 상기 반사기설치부의 정점을 가로질러 경사지게 설치되는 광 송신장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 커버는 제2렌즈를 설치하기 위한 제2렌즈설치부를 포함하는 광 송신장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2렌즈설치부는 상기 커버의 상면에서 수직으로 하향하여 기립하며, 상기 제2렌즈는 제2렌즈설치부의 전면에 설치되는 광 송신장치.
9. 제6항에 있어서,
   상기 바디는 상기 밑면의 앞에서 중앙 부근까지 연장된 바디좌측결합부 및 바디우측결합부를 포함하며, 상기 바디좌측결합부 및 상기 바디우측결합부는 동일한 대칭 구조로 각각 적어도 하나의 플랩, 수용홀 및 걸림부를 포함하고,
   상기 플랩은 상기 밑면에서 위로 연장되어 적어도 상기 제1렌즈와 상기 반사기를 각각 좌우에서 외부로부터 보호하는 보호 프레임을 제공하며,
   상기 바디좌측 및 바디우측결합부 뒤쪽의 밑면의 개방공간은 상기 커버와 협력하여 광섬유가 통과하는 공간을 제공하는 광 송신장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 커버는 상면을 포함하며, 상기 상면에는 상기 바디의 상기 바디좌측결합부 및 상기 바디우측결합부에 대응하는 커버좌측결합부 및 커버우측결합부가 형성되고, 상기 커버좌측결합부 및 상기 커버우측결합부는 동일한 대칭 구조로 각각 적어도 하나의 플랩, 수용홀 및 걸림부를 포함하는 광 송신장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 바디의 밑면의 전방과 후방의 소정 위치에는 각각 제1포스트와 제2포스트가 아래로 연장되어 설치된 광 송신장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1포스트 및 상기 제2포스트는 원형의 컬럼인 광 송신장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1포스트는 아래로 갈수록 직경이 미소하게 감소하는 축경(縮俓)형 칼럼이며, 제2포스트는 직경이 일정한 정원(定圓)형 칼럼인 광 송신장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제1포스트는 상기 바디의 밑면에 인접한 부근에서는 직경이 제2포스트의 직경보다 큰 광 송신장치.
15. 제11항 내지 제14항중의 어느 한 항의 광 송신장치의 정렬 방법으로서
    상기 광 송신장치에 결합되며 광원을 포함하는 기판을 제공하는 과정;
    상기 기판의 제1기준홀에 상기 제1포스트를 결합하는 과정;
    상기 기판의 제2기준홀에 상기 제2포스트를 결합하는 과정; 및
    상기 광 송신장치의 제1렌즈와 상기 기판의 광원을 정렬하는 과정을 포함하는 광 송신장치의 정렬 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 기판의 제1기준홀에 상기 제1포스트를 결합하는 과정은 상기 제1포스트를 제1기준홀에 삽입할 때 처음에는 미세한 여유 공간을 확보하며 삽입되고, 점차 삽입이 진행됨에 따라 제1기준홀에 간극 없이 맞닿는 위치에서 고정되도록 한 과정을 더 포함하는 광 송신장치의 정렬 방법.
17. 제16항에 있어서,
    상기 고정되는 과정의 고정 위치는 상기 제1포스트의 직경이 상기 제1기준홀의 직경 이상인 지점인 광 송신장치의 정렬 방법.
18. 광 통신 어셈블리로서,
    상기 광 통신 어셈블리는 광 송신 장치와 상기 광 송신장치에 결합되는 기판을 포함하고,
    상기 광 송신장치는 콜리메이터 렌즈, 상기 콜리메이터 렌즈보다 위로 정렬되어 배치된 반사기 및 상기 반사기에서 반사된 빛을 수광하도록 반사기의 옆에 정렬되어 배치된 집광렌즈; 및 상기 콜리메이터 렌즈, 집광렌즈 및 반사기를 수용하는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 하부의 바디와 상부의 커버로 이루어지는 분할 구조이고, 상기 하우징의 높이는 1mm 미만이며,
    상기 커버에는 에폭시 또는 굴절률 매칭 오일을 주입하기 위한 홀이 형성되고,
    상기 하우징의 상기 바디의 밑면의 전방과 후방의 소정 위치에는 각각 제1포스트와 제2포스트가 아래로 연장되어 설치되고,
    상기 기판은 상기 콜리메이터 렌즈와 정렬되는 광원, 상기 제1포스트와 결합하는 제1기준홀 및 상기 제2포스트와 결합하는 제2기준홀을 포함하는 광 통신 어셈블리.
19. 제18항에 있어서,
    상기 제1포스트는 아래로 갈수록 직경이 미소하게 감소하는 축경(縮俓)형 칼럼이며, 제2포스트는 직경이 일정한 정원(定圓)형 칼럼인 광 통신 어셈블리.
20. 제19항에 있어서, 상기 제1포스트의 직경은 상기 제1기준홀의 직경보다 큰 범위에서 상기 제1기준홀의 직경보다 작은 범위까지 변하도록 축경형으로 설계되는 광 통신 어셈블리.

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