TW201405190A - 燈插座及具備其的光模組 - Google Patents

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Abstract

本發明的燈插座在光學區塊(3)側形成進行發光元件(10)的光的入射及監控光的出射的光電轉換裝置對向面(17d')，並且在光學外殼(4)側形成出射耦合光的耦合光出射面(12)，藉此簡便且高精度地形成光電轉換裝置對向面(17d')及耦合光出射面(12)。此外，藉由嵌合部(21，24)的嵌合而簡便且精度優良地地組合光學區塊(3)與光學外殼(4)。藉由光學外殼(4)來遮蔽光學區塊(3)的反射面(18)，從而抑制反射面(18)上的異物附著及損傷的形成。

Description

燈插座及具備其的光模組
本發明是有關於一種燈插座及具備其的光模組。本發明特別是有關於一種適合於將發光元件與光傳送體進行光學耦合的燈插座及具備其的光模組。
先前，在使用了光纖的光通信中，使用具備面發光雷射(例如，垂直共振腔面射型雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL))等發光元件的光模組。
此種光模組中使用了被稱作燈插座的光模組零件。該燈插座藉由使自發光元件出射的包含通信資訊的光與光纖的端面耦合，而用於經由光纖進行的光傳送中。
而且，先前，在光模組中，以發光元件相對於溫度變化的輸出特性的穩定化或光輸出的調整為目的，提出了用以對自發光元件出射的光(強度或光量)進行監控(監視)的各種提案。
例如，專利文獻1中，作為由本發明者所完成的發明，而提出了具備作為燈插座的一形態的透鏡陣列(lens array)的光模組的發明。專利文獻1所記載的發明中，自發光元件出射的雷 射光首先入射至第1透鏡面，繼而，藉由反射面而朝向光纖側反射，然後，藉由配置於透鏡陣列本體的凹部內的反射/穿透層，分離為朝向光纖的耦合光與監控光。然後，耦合光依次經過配置於凹部內的稜鏡及填充材料、與透鏡陣列本體之後，自第2透鏡面朝向光纖的端面出射。另一方面，監控光在經過了透鏡陣列本體之後，自第3透鏡面朝向受光元件出射。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2011-133807號公報
根據專利文獻1記載的發明，可利用反射/穿透層的反射及穿透，在適當確保耦合光的光路的同時簡便且確實地獲取監控光。
本發明者依據上述專利文獻1記載的發明的優點，為了實現製造容易性及可靠性的提高而進一步進行積極研究，從而完成了本發明。
本發明的目的在於提供一種燈插座及具備其的光模組，上述燈插座相比於一體地製造進行發光元件的光的入射及監控光的出射的面與耦合光的出射面的情況，而可更簡便且高精度地製造各光學面，並且抑制在光路上附著異物及形成損傷，藉此實現製造容易性及可靠性的提高。
本發明是有關於以下的燈插座及光模組。
[1]一種燈插座，在配置於光電轉換裝置與光傳送體之間的狀態下，可使發光元件與上述光傳送體光學耦合，上述光電轉換裝置具有上述發光元件及接收用以對自上述發光元件出射的光進行監控的監控光的受光元件，上述燈插座包括：透光性的光學區塊，與上述光電轉換裝置相向而配置；透光性的光學外殼，內部包括上述光學區塊，並且藉由朝向上述光電轉換裝置側的開口而使上述光學區塊在上述光電轉換裝置側露出；以及透光性的填充材料，填充於上述光學外殼與上述光學區塊之間，上述光學區塊包括：光電轉換裝置對向面，進行來自上述發光元件的上述光的入射及朝向上述受光元件的上述監控光的出射；反射面，在上述光電轉換裝置對向面的相反側的面上，以相對於上述光電轉換裝置對向面具有規定的傾斜角的方式而配置，入射至上述光電轉換裝置對向面的上述發光元件的光到達上述反射面，且使上述到達的發光元件的光朝向上述光傳送體側反射；傾斜光學面，在上述發光元件的光對上述反射面的反射側的位置，以相對於上述光電轉換裝置對向面具有規定的傾斜角的方式配置，且藉由上述反射面而反射的上述發光元件的光到達上述傾斜光學面，上述反射面位於上述光電轉換裝置對向面的相反側的面上；以及反射/穿透層，配置於上述傾斜光學面上，使到達上述傾斜光學面的上述發光元件的光以規定的反射率作為上述監控光而朝向上述光電轉換裝置對向面反射，並且以規定的穿透率作為應耦合至上述光傳送體的耦合光而向上述光傳送體側穿透；以及光學區塊側嵌合部， 配置於上述反射面與上述傾斜光學面之間的位置，且用以使上述光學區塊與上述光學外殼嵌合，上述反射面位於上述光電轉換裝置對向面的相反側的面上，上述光學外殼包括：耦合光入射面，配置於與上述光傳送體相向而配置的外殼側壁部的內壁面上，且上述耦合光射入上述耦合光入射面；耦合光出射面，配置於上述外殼側壁部的外壁面上，入射至上述耦合光入射面的上述耦合光到達上述耦合光出射面，且使上述到達的耦合光朝向上述光傳送體出射；以及光學外殼側嵌合部，配置於外殼頂壁部的與上述光學區塊側嵌合部相對應的位置，且與上述光學區塊側嵌合部嵌合，上述外殼頂壁部自上述光電轉換裝置的相反側遮蔽上述光學區塊，上述填充材料填充於上述反射/穿透層與上述耦合光入射面之間。
[2]如[1]所述的燈插座，上述反射面以如下方式而配置，即，使上述發光元件的光向與上述耦合光出射面的上述耦合光的出射方向平行的方向反射；進行上述光學區塊、上述光學外殼及上述填充材料的各自的折射率的選擇，以及視需要進行上述傾斜光學面及上述耦合光入射面的角度的選擇，上述折射率及角度的選擇是用以將上述耦合光入射面與上述耦合光出射面之間的上述耦合光的光路、和上述耦合光出射面的剛出射後的上述耦合光的光路配置於同一直線上。
[3]如[2]所述的燈插座，上述光學區塊、上述光學外殼及上述填充材料的各自的折射率是以彼此的折射率差成為規定值 以下的方式而選擇。
[4]如[1]至[3]中任一項所述的燈插座，上述填充材料包含紫外線硬化型黏接劑，上述光學區塊及上述光學外殼的至少一者為使用紫外線穿透性的材料所形成。
[5]如[1]至[4]中任一項所述的燈插座，上述反射面為如下的全反射面，即，上述發光元件的光以比臨界角大的入射角入射，且使上述入射的發光元件的光朝向上述傾斜光學面全反射。
[6]如[1]至[5]中任一項所述的燈插座，在上述光電轉換裝置對向面上的與上述發光元件相對應的位置配置著第1透鏡面，上述第1透鏡面使上述發光元件的光朝向上述反射面入射，上述耦合光出射面為第2透鏡面，且在上述光電轉換裝置對向面上的與上述受光元件相對應的位置配置著第3透鏡面，上述第3透鏡面使上述監控光朝向上述受光元件出射。
[7]一種光模組，包括：[1]至[6]中任一項所述的燈插座；以及[1]所述的光電轉換裝置。
根據[1]的發明，在光學區塊形成進行發光元件的光的入射及監控光的出射的光電轉換裝置對向面，在光學外殼形成出射耦合光的耦合光出射面，藉此可簡便且高精度地形成光電轉換裝置對向面及耦合光出射面。此外，藉由嵌合部的嵌合而簡便且精度優良地組合光學區塊與光學外殼，因而可容易地製造確保了尺寸精度的光插座。而且，因可藉由光學外殼來遮蔽光學區塊的反 射面，故可抑制在反射面上的異物的附著及損傷的形成。藉此，可確保光學性能的穩定性，從而可獲得高可靠性。
根據[2]的發明，藉由確保耦合光入射面以後的耦合光的光路的直線性，而即便在耦合光入射面與耦合光出射面之間的光路長中產生製造誤差，亦可消除對光傳送體的耦合效率造成的影響。而且，藉由較佳地選擇反射面的發光元件的光的反射方向而可相對簡便地設計上述確保了直線性的耦合光的光路。
根據[3]的發明，無論傾斜光學面及耦合光入射面的角度如何，均可使反射面與傾斜光學面之間的發光元件的光的光路和耦合光的光路位於大致同一直線上。因此，在製品檢查時，在確認到光傳送體的耦合光的耦合位置的偏移的情況下，可減少需要用以消除該偏移的尺寸調整的部位，從而可進一步有助於製造的容易化。
根據[4]的發明，藉由將光學區塊穩定且高效地固定於光學外殼內，而可提高機械強度及製造效率。
根據[5]的發明，因可容易地形成反射面，故可抑制零件個數及成本。
根據[6]的發明，藉由在光學區塊形成第1透鏡面及第3透鏡面，在光學外殼形成第2透鏡面，而可簡便且高精度地形成各透鏡面。
根據[7]的發明，可容易地製造確保了尺寸精度的燈插座，並且可抑制反射面上的異物的附著及損傷的形成。
這樣，根據本發明，相比於一體地製造進行發光元件的光的入射及監控光的出射的面與耦合光的出射面的情況，可更簡便且高精度地製造各光學面，並且可抑制在光路上的異物的附著及損傷的形成，藉此可實現製造容易性及可靠性的提高。
1‧‧‧光模組
2‧‧‧透鏡陣列
3‧‧‧光學區塊
4‧‧‧光學外殼
4A‧‧‧開口
5‧‧‧填充材料
7‧‧‧光電轉換裝置
8‧‧‧光纖
8a‧‧‧光纖8的端面
9‧‧‧半導體基板
10‧‧‧發光元件
11‧‧‧第1透鏡面
12‧‧‧第2透鏡面
13‧‧‧第3透鏡面
14‧‧‧受光元件
15‧‧‧光連接器
17‧‧‧光學區塊本體
17a‧‧‧上端水平面
17b‧‧‧上端左傾斜面
17c‧‧‧上端右傾斜面
17d‧‧‧下端面
17d'‧‧‧光電轉換裝置對向面
17d"‧‧‧周緣部
17e‧‧‧左端面
17f‧‧‧右端面
17g‧‧‧前端面
17h‧‧‧後端面
18‧‧‧反射面
20‧‧‧反射/穿透層
21‧‧‧嵌合銷
23‧‧‧耦合光入射面
24‧‧‧嵌合孔
26‧‧‧光纖定位銷
41‧‧‧頂壁部
41a‧‧‧頂壁部41的內壁面
42‧‧‧左側壁部
42a‧‧‧左側壁部42的內壁面
42b‧‧‧左側壁部42的外壁面
42b'‧‧‧中央側的規定範圍內的俯視時為大致矩形狀的部位
42b"‧‧‧包圍部位42b'的周邊側的部位
43‧‧‧右側壁部
43a‧‧‧右側壁部43的內壁面
44‧‧‧前側壁部
45‧‧‧後側壁部
A‧‧‧傾斜光學面17b的角度
B‧‧‧耦合光入射面23的角度
L‧‧‧基準線
La‧‧‧雷射光
Lc‧‧‧光纖耦合光
Lm‧‧‧監控光
N1‧‧‧光學區塊本體17的折射率
N2‧‧‧填充材料5的折射率
N3‧‧‧光學外殼4的折射率
OA(1)‧‧‧各第1透鏡面11上的光軸
OA(2)‧‧‧各第2透鏡面12上的光軸
θi‧‧‧入射角
θt‧‧‧折射角
圖1是將本發明的光模組的概要連同作為本發明的燈插座的透鏡陣列的縱剖面圖一併表示的概略構成圖。
圖2是圖1所示的透鏡陣列的光學區塊的仰視立體圖。
圖3是光學區塊的底視圖。
圖4是光學區塊的正視圖。
圖5是光學區塊的右側視圖。
圖6是圖1所示的透鏡陣列的光學外殼的俯視立體圖。
圖7是光學外殼的平面圖。
圖8是光學外殼的正視圖。
圖9是光學外殼的左側視圖。
圖10是光學外殼的底視圖。
圖11是表示本發明的變形例的示意圖。
以下，參照圖1~圖11對本發明的燈插座及光模組的實施形態進行說明。
此處，圖1是將本實施形態的光模組1的概要，連同作 為本實施形態的燈插座的透鏡陣列2的縱剖面圖一併表示的概略構成圖。
而且，圖2~圖5表示圖1所示的透鏡陣列2的後述的光學區塊3。具體而言，圖2是光學區塊3的仰視立體圖，圖3是光學區塊3的底視圖，圖4是光學區塊3的正視圖，圖5是圖4所示的光學區塊3的右側視圖。
進而，圖6~圖10表示圖1所示的透鏡陣列2的後述光學外殼4。具體而言，圖6是光學外殼4的俯視立體圖，圖7是光學外殼4的平面圖，圖8是光學外殼4的正視圖，圖9是圖8所示的光學外殼4的左側視圖，圖10是圖8所示的光學外殼4的底視圖。
回到圖1，本實施形態的透鏡陣列2配置於光電轉換裝置7與作為光傳送體的光纖8之間。圖1中，光電轉換裝置7配置於透鏡陣列2的下側，光纖8配置於透鏡陣列2的左側。
[光電轉換裝置的具體構成]
光電轉換裝置7在半導體基板9的透鏡陣列2側的面(圖1的上表面)，具有向相對於該面垂直的方向(圖1的上方向)出射(發出)雷射光La的多個發光元件10。該些發光元件10構成上述VCSEL(垂直共振器面發光雷射)。另外，圖1中，各發光元件10沿著圖1的紙面垂直方向排列。而且，光電轉換裝置7在半導體基板9的透鏡陣列2側的面、且相對於各發光元件10的圖1的左方位置，具有多個受光元件14，該受光元件14接收用以對自各 發光元件10分別出射的雷射光La的輸出(例如，強度或光量)進行監控的監控光Lm且數量與發光元件10相同。另外，受光元件14排列在與發光元件10相同的方向上，在相互對應的元件10、14彼此之間，排列方向上的位置相互一致。亦即，受光元件14以與發光元件10相同的間距而排列。該受光元件14亦可為光偵測器(photodetector)。而且，受光元件14只要至少配置一個即可，可不必與發光元件10配置相同數量，亦可比發光元件10的數量少。進而，雖未圖示，光電轉換裝置7上連接著控制電路，該控制電路根據藉由受光元件14而接收的監控光Lm的強度或光量來對自發光元件10發出的雷射光La的輸出進行控制。上述光電轉換裝置7，例如在使半導體基板9抵接於透鏡陣列2的狀態下，相對於透鏡陣列2而相向配置。而且，該光電轉換裝置7，例如藉由彈簧夾頭(clamp spring)等未圖示的公知的固定機構而安裝在透鏡陣列2上，藉此連同透鏡陣列2一併構成光模組1。
[光纖的具體構成]
而且，本實施形態的光纖8與發光元件10及受光元件14配設相同數量，且沿著圖1的紙面垂直方向以與發光元件10相同的間距而排列。各光纖8為彼此相同尺寸的例如多模(multimode)方式的光纖8。各光纖8的端面8a側的部位保持於MT連接器等多芯總括型的光連接器15內。上述光纖8例如在使光連接器15的透鏡陣列2側的端面抵接於透鏡陣列2的狀態下，藉由未圖示的公知的固定機構(例如，彈簧夾頭等)而安裝於透鏡陣列2。
而且，透鏡陣列2在配置於上述光電轉換裝置7與光纖8之間的狀態下，使各發光元件10與各光纖8的端面8a光學耦合。
[透鏡陣列的具體構成]
若對透鏡陣列2進行進一步詳細敍述，則如圖1所示，透鏡陣列2包括：與光電轉換裝置7相向而配置的透光性的光學區塊3，內部包括該光學區塊3的透光性的光學外殼4，以及配置於該光學外殼4與光學區塊3之間的透光性的填充材料5。另外，如圖1所示，光學外殼4藉由朝向光電轉換裝置7側的開口4A而使光學區塊3在光電轉換裝置7側露出。
<光學區塊的詳情>
此處，首先，若對光學區塊3的詳情進行說明，則如圖1~圖5所示，光學區塊3具有光學區塊本體17。該光學區塊本體17的外形形成為大致六角柱形狀，該六角柱形狀是將夾著長方體的1面的一對角部傾斜地削落而成。
亦即，如圖1~圖5所示，藉由上端水平面17a、上端左傾斜面17b、上端右傾斜面17c、下端面17d、左端面17e、右端面17f、前端面17g及後端面17h的各平面，而構成光學區塊本體17的大致外形。上端水平面17a與下端面17d相互平行，而且，左右的端面17e、17f彼此，前後的端面17g、17h彼此亦相互平行。進而，上端水平面17a及下端面17d與前後左右的端面17e~17h相互垂直。
<關於光電轉換裝置對向面>
上述光學區塊本體17的下端面17d中，佔據圖3的中央側的幾乎整個範圍的俯視時大致為矩形狀的部位17d'，形成為比周緣部17d"更向圖1的上方凹入的凹入平面。該部位17d'為進行來自發光元件10的雷射光La的入射及朝向受光元件14的監控光Lm的出射的光電轉換裝置對向面17d'。
<關於第1透鏡面>
雷射光La對於上述光電轉換裝置對向面17d'的入射可經由光電轉換裝置對向面17d'的平面區域來進行，而本實施形態中是藉由雷射光La的光束徑的控制而採用適合的機構。
亦即，在光電轉換裝置對向面17d'上、且與發光元件10相對應的圖1~圖4的右端部附近位置，形成著數量與發光元件10相同(12個)的俯視時為圓形狀的第1透鏡面(凸透鏡面)11。各第1透鏡面11以在與發光元件10相對應的規定的排列方向(圖1、圖4的紙面垂直方向，圖3的縱方向)上排列的方式而形成。進而，各第1透鏡面11相互形成為相同的尺寸，並且以與發光元件10相同的間距而形成。另外，排列方向上相互鄰接的第1透鏡面11彼此亦可以各自的周端部相互接觸的方式而形成。而且，如圖1所示，就各第1透鏡面11上的光軸OA(1)而言，理想的是與雷射光La的中心軸一致，上述雷射光La自與各第1透鏡面11分別相對應的各發光元件10出射。各第1透鏡面11上的光軸OA(1)更佳為相對於光電轉換裝置對向面17d'垂直。
如圖1所示，自與各第1透鏡面11相對應的各發光元 件10出射的雷射光La入射至上述各第1透鏡面11。而且，各第1透鏡面11使入射的來自各發光元件10的雷射光La(具有規定的擴散角的光束)會聚(折射)，並向光學區塊本體17的內部前進。另外，各第1透鏡面11可使所入射的來自各發光元件10的雷射光La準直(collimate)，或亦可會聚為朝向前進方向而光束徑逐漸增加的狀態(相比於準直的情況而較弱地會聚)。關於雷射光La的會聚的形態，例如，藉由選擇第1透鏡面11的焦度(power)或非球面係數等而選擇適合的形態即可。順便一提的是，若相比於在第1透鏡面11使雷射光La準直的情況而較弱地會聚，則即便在後述的第2透鏡面12(參照圖1)上發生異物附著或損傷形成的情況下，亦可減少異物/損傷相對於該第2透鏡面12上的光點的面積佔有率。結果，可有效地緩和異物/損傷對耦合效率造成的影響。
<關於反射面>
如上述般入射至各第1透鏡面11並進入至光學區塊本體17的內部的來自各發光元件10的雷射光La，如圖1所示，在光學區塊本體17的內部朝向上方前進。
此處，若觀察圖1則可知，在各第1透鏡面11的上方(亦即，光學區塊本體17的第1透鏡面11的相反側的位置)，配置著上述上端右傾斜面17c。該上端右傾斜面17c構成光電轉換裝置對向面17d'的相反側的面的一部分。
而且，如圖1所示，在該上端右傾斜面17c形成著反射 面18。
如圖1所示，反射面18為隨著朝向上方而朝向左方傾斜、且相對於光電轉換裝置對向面17d'具有規定的傾斜角的傾斜面。該傾斜角亦可以光電轉換裝置對向面17d'為基準(0°)向圖1的順時針方向而為45°。
如圖1所示，入射至各第1透鏡面11之後的來自各發光元件10的雷射光La自圖1的下方入射(到達)至上述反射面18。
而且，反射面18使所入射的來自各發光元件10的雷射光La朝向圖1的左方反射。另外，該反射面18的雷射光La的反射方向與後述的第2透鏡面12的光纖耦合光Lc(參照圖1)的出射方向平行。
上述反射面18亦可僅包含上端右傾斜面17c，或可藉由在上端右傾斜面17c上塗佈包含Au、Ag、Al等的反射膜而構成。另外，在反射面18僅由上端右傾斜面17c構成的情況下，反射面18的雷射光La的反射為全反射。該情況下，雷射光La對反射面18的入射角成為比與光學區塊本體17的折射率相對應的臨界角大的角度，上述光學區塊本體17的折射率與雷射光La的波長相應。
<關於傾斜光學面>
在相對於上述反射面18而成為雷射光La的反射方向側的圖1及圖4的左方位置，配置著上述上端左傾斜面17b。該上端左傾斜 面17b構成光電轉換裝置對向面17d'的相反側的面的一部分。
而且，該上端左傾斜面17b為本發明的傾斜光學面17b。
如圖1及圖4所示，傾斜光學面17b為隨著朝向上方而朝向右方傾斜、且相對於光電轉換裝置對向面17d'具有規定的傾斜角的傾斜面。該傾斜角亦可以光電轉換裝置對向面17d'為基準(0°)向圖1的逆時針方向為45°。
如圖1所示，藉由反射面18反射後在光學區塊本體17的內部前進的來自各發光元件10的雷射光La自右方入射(到達)至上述傾斜光學面17b。
<關於反射/穿透層>
在上述傾斜光學面17b上，如圖1及圖4所示，配置著厚度薄的反射/穿透層20。
該反射/穿透層20可藉由在傾斜光學面17b上塗佈包含Ni、Cr或Al等單一金屬的單層膜或藉由交替積層介電率彼此不同的多個介電體(例如，TiO2與SiO2)而獲得的介電體多層膜而形成。該情況下，塗佈中可使用英高鎳合金(inconel)蒸鍍等公知的塗佈技術。在使用上述塗佈的情況下，可使反射/穿透層20例如形成為1μm以下的極薄的厚度。
如圖1所示，入射至傾斜光學面17b的來自各發光元件10的雷射光La直接入射至上述反射/穿透層20。
而且，反射/穿透層20使入射的來自各發光元件10的雷射光La，如圖1所示，以規定的反射率作為監控光Lm而朝向光 電轉換裝置對向面17d'(下方)反射，並且以規定的穿透率作為應與光纖8耦合的光纖耦合光Lc而向光纖8側(左方)穿透。此時，因反射/穿透層20的厚度薄，故可忽視穿透反射/穿透層20的雷射光La的折射(視作直進穿透(straightly transmit))。另外，作為反射/穿透層20的反射率及穿透率，在可獲得對於監控雷射光La的輸出而言充分的光量的監控光Lm的範圍內，可設定與反射/穿透層20的材料或厚度等相應的所期望的值。例如，在由上述單層膜形成反射/穿透層20的情況下，雖視其厚度而定，但亦可將反射/穿透層20的反射率設為20%，穿透率設為60%(吸收率20%)。而且，例如在由上述介電體多層膜形成反射/穿透層20的情況下，雖亦視其厚度或層數而定，但亦可將反射/穿透層20的反射率設為10%，穿透率設為90%。
<關於第3透鏡面>
如上述般藉由反射/穿透層20而反射的與各發光元件10相對應的監控光Lm，自光電轉換裝置對向面17d'朝向各受光元件14而出射。來自上述光電轉換裝置對向面17d'的監控光Lm的出射，可經由光電轉換裝置對向面17d'的平面區域來進行，本實施形態中是藉由監控光Lm的光束徑及出射方向的控制而採用適合的機構。
亦即，如圖1~圖4所示，在光電轉換裝置對向面17d'上的與受光元件14相對應的左端部附近位置，形成著數量與受光元件14相同的俯視時為圓形狀的第3透鏡面(凸透鏡面)13。各 第3透鏡面13以在與受光元件14所對應的規定的排列方向亦即第1透鏡面11的排列方向相同的方向上排列的方式而形成。而且，各第3透鏡面13可相互形成為相同的尺寸，並且以與各受光元件14相同的間距而形成。另外，排列方向上相互鄰接的第3透鏡面13彼此亦可以各自的周端部相互接觸的方式而形成。
如圖1所示，與各第3透鏡面13分別相對應的監控光Lm自光學區塊本體17的內部側入射至上述各第3透鏡面13。而且，各第3透鏡面13使入射的與各發光元件10相對應的監控光Lm會聚，並朝向與各第3透鏡面13相對應的各受光元件14分別出射。
<關於光學區塊側嵌合部>
除如上述般的配置於光學區塊3的光路上的各光學要素11、光學要素18、光學要素17b、光學要素20、光學要素13外，進而在光學區塊3中可採用用以對光學外殼4的組裝進行支持的機構。
亦即，如圖1~圖5所示，在上端水平面17a上(亦即，光電轉換裝置對向面17d'的相反側的面上的反射面18與傾斜光學面17b之間的位置)，作為用以使光學區塊3與光學外殼4嵌合的光學區塊側嵌合部的大致圓柱形狀的一對嵌合銷21，在圖1的紙面垂直方向(圖3的縱方向)上設置規定的間隔而凸設。該些嵌合銷21相對於上端水平面17a垂直地形成。各嵌合銷21亦可由與光學區塊本體17相同的材料而與光學區塊本體17一體地形成。
然而，作為光學區塊側嵌合部，亦可採用嵌合銷21以 外的構成。例如，只要在反射面18與傾斜光學面17b之間的光路上不發生干擾，則亦可採用嵌合孔(有底孔)作為光學區塊側嵌合部。
[光學外殼的詳情]
然後，對光學外殼4的詳情進行說明。如圖1、圖6~圖10所示，光學外殼4的外形形成為使盒狀量器(枡)反轉的形狀。
亦即，如圖1、圖6~圖10所示，由頂壁部41、左側壁部42、右側壁部43、前側壁部44及後側壁部45構成光學外殼4的大致外形。左右的側壁部42、43相互平行，而且，前後的側壁部44、45亦相互平行。進而，頂壁部41與前後左右的側壁部42~45相互垂直。
上述光學外殼4以自上方(光電轉換裝置7的相反側)及所有側方包圍(遮蔽)光學區塊3的方式而將該光學區塊3包於內部。如圖1所示，在內部包括(組裝)有光學區塊3的狀態下，光學區塊本體17的上端水平面17a內接於頂壁部41的內壁面41a。而且，此時，如圖1所示，光學區塊本體17的左端面17e內接於左側壁部42的內壁面42a，進而，光學區塊本體17的右端面17f內接於右側壁部43的內壁面43a。進而，此時，光學區塊本體17的前端面17g亦可內接於前側壁部44的內壁面，而且，光學區塊本體17的後端面17h亦可內接於後側壁部45的內壁面。進而，此時，如圖1所示，側壁部42~側壁部45的下端面亦可與光學區塊本體17的下端面17d的周緣部17d"位於同一平面上。
<關於耦合光入射面>
上述光學外殼4的左側壁部42如圖1所示，與光纖8相向而配置。
而且，如圖1所示，左側壁部42的內壁面42a的與反射/穿透層20相向的部位成為耦合光入射面23。
藉由反射/穿透層20而穿透的與各發光元件10相對應的光纖耦合光Lc，自圖1的右方入射至該耦合光入射面23。
而且，入射至耦合光入射面23的與各發光元件10相對應的光纖耦合光Lc，如圖1所示，在左側壁部42的內部朝向左方而前進。
<關於第2透鏡面>
而且，如上述般在左側壁部42的內部前進的與各發光元件10相對應的光纖耦合光Lc到達左側壁部42的外壁面42b。本實施形態中，在該外壁面42b上的與各發光元件10相對應的光纖耦合光Lc的到達位置，配置著作為耦合光出射面的第2透鏡面12。
具體而言，如圖1、圖9及圖10所示，在左側壁部42的外壁面42b，中央側的規定範圍內的俯視時為大致矩形狀的部位42b'為相對於包圍該部位42b'的周邊側的部位42b"而向圖1的右方凹入。第2透鏡面12形成於該凹入的部位42b'上。
如圖9所示，第2透鏡面12的數量與第1透鏡面11相同且形成為俯視時為圓形狀的凸透鏡面。而且，各第2透鏡面12以在與各光纖8的端面8a的排列方向亦即第1透鏡面11的排列 方向相同的方向上排列的方式而形成。進而，各第2透鏡面12相互形成為相同的尺寸，並且以與第1透鏡面11相同的間距而形成。另外，排列方向上相互鄰接的第2透鏡面12彼此亦可以各自的周端部相互接觸的方式而形成。而且，就各第2透鏡面12上的光軸OA(2)而言，理想的是位於與各第2透鏡面12相對應的各光纖8的端面8a的中心軸相同的軸上。各第2透鏡面12上的光軸OA(2)更佳為相對於左側壁部42的外壁面42b垂直。
如圖1所示，在左側壁部42的內部前進的與各發光元件10相對應的光纖耦合光Lc分別入射至上述各第2透鏡面12。
此時，與各發光元件10相對應的光纖耦合光Lc的中心軸與各第2透鏡面12上的光軸OA(2)一致。即，本實施形態中，耦合光入射面23與第2透鏡面12之間的光纖耦合光Lc的光路、及剛自第2透鏡面12出射後的光纖耦合光Lc的光路(亦即，耦合光入射面23以後的光纖耦合光Lc的光路)配置於同一直線上。
而且，各第2透鏡面12使入射的與各發光元件10相對應的光纖耦合光Lc會聚，並朝向與各第2透鏡面12相對應的各光纖8的端面8a分別出射。
<關於光學外殼側嵌合部>
除如以上般的配置於光學外殼4的光路上的各光學要素23、光學要素12之外，進而在光學外殼4中可採用用以對光學區塊3的組裝進行支持的機構。
亦即，如圖1、圖6~圖10所示，在頂壁部41的內壁 面41a上的與上述一對嵌合銷21相對應的位置，作為光學外殼側嵌合部，凹設著與各嵌合銷21嵌合的圓孔狀的一對嵌合孔24。各嵌合孔24的內徑形成得比嵌合銷21的外徑稍大。而且，各嵌合孔24相對於頂壁部41的內壁面41a垂直地形成。
然而，作為光學外殼側嵌合部，亦可採用嵌合孔24以外的構成，例如亦可採用嵌合銷。
<關於光學外殼的其他構成>
進而，作為其他的構成，光學外殼4如圖1、圖6~圖10所示，在左側壁部42的外壁面42b的周邊側的部位42b"上、相對於中央側的部位42b'而於第2透鏡面12的排列方向的兩外側的位置，凸設著一對光纖定位銷26。
該些光纖定位銷26在將光纖8安裝於透鏡陣列2時，藉由插入至形成於連接器15的未圖示的一對光纖定位孔中，而用於光纖8的定位。另外，理想的是，光纖定位孔為滿足依據F12型多芯光纖連接器的規格(IEC 61754-5，JIS C 5981)的尺寸精度的彼此相同尺寸的圓輪轂孔(boss hole)。
[填充材料的詳情]
其次，對填充材料5的詳情進行說明。如圖1所示，填充材料5無間隙地填充於反射/穿透層20與耦合光入射面23之間，從而形成反射/穿透層20與耦合光入射面23之間的光纖耦合光Lc的光路。
而且，填充材料5包含黏接劑，將光學區塊3穩定地黏 接於光學外殼4內。
作為上述填充材料5，亦可採用熱硬化型黏接劑(換言之，熱硬化性樹脂)及紫外線硬化型黏接劑(換言之，紫外線硬化性樹脂)中的任一者。
另外，在採用紫外線硬化型黏接劑的情況下，理想的是由紫外線穿透性的材料(例如，聚碳酸酯等樹脂材料)形成光學區塊本體17及光學外殼4中的至少一者。若如此而構成，則在製造透鏡陣列2時(將光學區塊3組裝在光學外殼4時)，可對預先配置於光學區塊3與光學外殼4之間的未硬化的紫外線硬化型黏接劑，自光學區塊3或光學外殼4的外部有效地照射紫外線，因此可迅速地使紫外線硬化型黏接劑硬化。
[光學區塊、光學外殼、填充材料的折射率]
如上述般，本實施形態中，耦合光入射面23以後的光纖耦合光Lc的光路配置於同一直線上。就上述光路的直線性而言，如上述般，除以與來自第2透鏡面12的光纖耦合光Lc的出射方向平行的方式構成反射面18的雷射光La的反射方向外，進而以如下方式得到確保。
亦即，本實施形態中，光學區塊本體17、光學外殼4及填充材料5的各自的折射率是以彼此的折射率差成為規定值以下的方式而選擇。該規定值(折射率差)例如亦可為0.01。該情況下，例如，使用OKP4(聚碳酸酯；大阪氣體化學(Osaka Gas Chemicals)股份有限公司)射出成形光學區塊本體17，而且，同 樣地使用OKP4(聚碳酸酯；大阪氣體化學股份有限公司)射出成形光學外殼4，進而，作為填充材料5，亦可採用EA-F5503(紫外線光型黏接劑(紫外線硬化性樹脂)；大阪氣體化學股份有限公司)。據此，可將光學區塊本體17的折射率(波長850nm)設為1.590，光學外殼4的折射率(波長850nm)設為1.590，填充材料5的折射率(波長850nm)設為1.596，從而可將彼此的折射率差設為0.01以下。
根據上述構成，若忽視反射/穿透層20的折射，則可幾乎消除向填充材料5入射時的光纖耦合光Lc的折射及向耦合光入射面23入射時的光纖耦合光Lc的折射。
結果，無論傾斜光學面17b及耦合光入射面23的角度如何，均可使經反射面18反射後的雷射光La(Lc)的光路位於大致同一直線上。當然，亦可將耦合光入射面23以後的光纖耦合光Lc的光路配置於同一直線上。
藉由如上述般選擇折射率，光路設計變得容易。而且，在製品檢查時，在確認到光纖8的端面8a的光纖耦合光Lc的耦合位置的偏移的情況下，亦可減少需要用以消除該偏移的尺寸調整的部位(例如，僅進行反射面18的角度調整即可)。進而，亦可進一步有助於製造的容易化。
而且，即便在耦合光入射面23與第2透鏡面12之間的光路長中產生製造誤差，亦可消除對光纖8的耦合效率造成的影響。進而，亦可藉由較佳地選擇反射面18的雷射光La的反射方 向，而相對簡單地設計上述確保了直線性的光纖耦合光Lc的光路。
[透鏡陣列及光模組的主要作用效果]
根據上述構成，可在經反射面18反射後，藉由傾斜光學面17b上的反射/穿透層20，將入射至各第1透鏡面11的來自各發光元件10的雷射光La分別向各第2透鏡面12側及各第3透鏡面13側分離，從而可藉由第3透鏡面13使向第3透鏡面13側分離的監控光Lm向受光元件14側出射，因此可確實地獲得監控光Lm。
而且，根據上述構成，在光學區塊3側形成第1透鏡面11及第3透鏡面13，在光學外殼4側形成第2透鏡面12，藉此相比於在單一透鏡陣列本體上配置形成面不同的第1透鏡面11、第3透鏡面13與第2透鏡面12的情況，可簡便且高精度地形成各透鏡面11、透鏡面12、透鏡面13的各個。
而且，除如上述般簡便且高精度地形成各個透鏡面11、透鏡面12、透鏡面13外，可藉由嵌合銷21及嵌合孔24的嵌合而簡便且精度優良地組合光學區塊3與光學外殼4。因此，可容易地製造確保了尺寸精度的透鏡陣列2。
進而，可藉由光學外殼4來遮蔽光學區塊3的反射面18，因此可抑制反射面18上的異物的附著及損傷的形成。藉此，可確保光學性能的穩定性，進而可獲得高可靠性。
(變形例)
上述實施形態中，為了確保耦合光入射面23以後的光纖耦合光Lc的光路的直線性，而將光學區塊本體17、光學外殼4及填充 材料5的折射率差構成為規定值以下，但亦可藉由除此以外的手段，來確保光路的直線性。
亦即，即便在光學區塊本體17、光學外殼4及填充材料5的折射率差大到一定程度的情況下，藉由適當地設定傾斜光學面17b及耦合光入射面23的角度，亦可確保耦合光入射面23以後的光纖耦合光Lc的光路的直線性。
圖11是示意性地表示上述情況下的一例。
圖11的構成中，因填充材料5的折射率大，故在向填充材料5入射時會產生大的折射。然而，藉由適當地設定耦合光入射面23相對於傾斜光學面17b的相對角度，並且適當地選擇光學外殼4相對於光學區塊本體17及填充材料5的相對折射率，而可在向耦合光入射面23入射時產生能夠消除該大的折射的朝反方向的折射。
這樣，可使耦合光入射面23的折射方向平行於反射面18與傾斜光學面17b之間的雷射光La的光路(亦即，與來自第2透鏡面12的光纖耦合光Lc的出射方向平行地設計的光路)。因此，僅進行如下的簡單的設計便可確保耦合光入射面23以後的光纖耦合光Lc的光路的直線性，即，在耦合光入射面23的折射光的前方以成同一直線狀的方式配置第2透鏡面12的光軸OA(2)。
上述構成例如亦可藉由如滿足下式般構成而實現。
N2．sin[B-A+arcsin{(N1/N2)sinA}]=N3．sinB (1)
其中，(1)式中，N1表示光學區塊本體17的折射率， N2表示填充材料5的折射率，N3表示光學外殼4的折射率。而且，A為以沿圖11的縱方向延伸的基準線L為基準(0°)的傾斜光學面17b的角度，B為以基準線L為基準的耦合光入射面23的角度。另外，基準線L亦可設為與光電轉換裝置對向面17d'垂直。
而且，(1)式中，將反射面18與傾斜光學面17b之間的雷射光La的光路、和耦合光入射面23以後的光纖耦合光Lc的光路均與基準線L垂直，設為第1前提條件。該第1前提條件因等同於傾斜光學面17b的入射角為A[°]、且耦合光入射面23的折射角(出射角)為B[°]，故成為有助於光路設計的容易化的要素。
進而，(1)式中，將反射/穿透層20的折射因反射/穿透層20極薄而可忽視設為第2前提條件。該第2前提條件等同於反射/穿透層20的折射率可近似於N1。亦即，在預先將反射/穿透層20的折射率設為N，反射/穿透層20的折射角(出射角)設為θ的情況下，就光學區塊本體17與反射/穿透層20的界面的斯奈爾定律(Snell's law)而言，若考慮第1前提條件，則表現為N1．sinA(光學區塊本體17側)=N．sinθ(反射/穿透層20側)。此處，所謂可忽視反射/穿透層20的折射(第2前提條件)，是指θ(出射角)=A(入射角)，亦即，光學區塊本體17與反射/穿透層20的界面的斯奈爾定律可表現為N1．sinA(光學區塊本體17側)=N．sinA(反射/穿透層20側)。而且，就滿足上述等式的N而言，若考慮使監控光Lm向受光元件14側反射的本發明的構成中A≠0，則無非為N1。這樣，可將反射/穿透層20的折射率作為N1進行處理。
進而，(1)式中，將反射/穿透層20與填充材料5的界面與傾斜光學面17b平行設為第3前提條件。就該第3前提條件而言，若考慮第1前提條件及第2前提條件，則等同於反射/穿透層20與填充材料5的界面的入射角為A。
而且，在上述第1前提條件~第3前提條件下，可如下述般求出(1)式。
亦即，首先，在反射/穿透層20與填充材料5的界面中，在折射角設為θt的情況下，下式近似地成立。
N1．sinA=N2．sinθt (2)
其次，在耦合光入射面23中，在將入射角設為θi的情況下，下式(斯奈爾定律)成立。
N2．sinθi=N3．sinB (3)
其次，如圖11所示，假定△P1P2P3及△P2P4P3來作為相互處於相似關係的2個直角三角形。此處，△P1P2P3的內角∠P3P1P2等於B-A。而且，若考慮∠P4P2P5根據平行線的錯角的關係而與θt相等，則△P2P4P3的內角∠P3P2P4為θi-θt。而且，根據相似關係，因內角∠P3P1P2與內角∠P3P2P4相等，故θt與θi之間下式當然成立。
θi-θt=B-A (4)
而且，可藉由自(2)式~(4)式中刪除θt、θi而導出(1)式。
滿足(1)式的最簡單的例子為如下情況，即，使光學 區塊本體17的折射率與光學外殼4的折射率一致(N1=N3)，使傾斜光學面17b與耦合光入射面23平行(A=B)。
亦即，該情況下，(1)式中，左邊的B=A為0，右邊的N3為N1，右邊的B為A，因此若將兩邊除以N2，則變形為下式。
sin[arcsin{(N1/N2)sinA}]=(N1/N2)sinA (1)'
因(1)'式的兩邊相等，故可知簡單的例子(N1=N3，A=B)滿足(1)式。
然而，本變形例並不限定於上述簡單的例子或圖11所示的構成。
根據本變形例，可放寬對光學區塊本體17、填充材料5及光學外殼4要求的折射率的限制，因而可擴大材料選擇的自由度。
另外，本發明並不限定於上述實施形態，亦可在不損及本發明的特徵的範圍內進行各種變更。
例如，上述實施形態中，已對作為燈插座的透鏡陣列2進行了說明，亦可具備單個透鏡面11、透鏡面12、透鏡面13、光纖8、發光元件10及受光元件14的任一者。
而且，本發明亦可適用光波導等光纖8以外的光傳送體。
本申請主張基於2012年6月5日申請的日本專利特願2012-127926的優先權。該申請說明書及圖式中所記載的內容全部引用於本申請案說明書中。
[產業上之可利用性]
本發明的燈插座及光模組例如對於使用了光纖的光通信有用。
1‧‧‧光模組
2‧‧‧透鏡陣列
3‧‧‧光學區塊
4‧‧‧光學外殼
4A‧‧‧開口
5‧‧‧填充材料
7‧‧‧光電轉換裝置
8‧‧‧光纖
8a‧‧‧光纖8的端面
9‧‧‧半導體基板
10‧‧‧發光元件
11‧‧‧第1透鏡面
12‧‧‧第2透鏡面
13‧‧‧第3透鏡面
14‧‧‧受光元件
15‧‧‧光連接器
17‧‧‧光學區塊本體
17a‧‧‧上端水平面
17b‧‧‧上端左傾斜面
17c‧‧‧上端右傾斜面
17d‧‧‧下端面
17d'‧‧‧光電轉換裝置對向面
17d"‧‧‧周緣部
17e‧‧‧左端面
17f‧‧‧右端面
18‧‧‧反射面
20‧‧‧反射/穿透層
21‧‧‧嵌合銷
23‧‧‧耦合光入射面
24‧‧‧嵌合孔
26‧‧‧光纖定位銷
41‧‧‧頂壁部
41a‧‧‧頂壁部41的內壁面
42‧‧‧左側壁部
42a‧‧‧左側壁部42的內壁面
42b‧‧‧左側壁部42的外壁面
42b'‧‧‧中央側的規定範圍內的俯視時為大致矩形狀的部位
42b"‧‧‧包圍部位42b'的周邊側的部位
43‧‧‧右側壁部
43a‧‧‧右側壁部43的內壁面
La‧‧‧雷射光
Lc‧‧‧光纖耦合光
Lm‧‧‧監控光
OA(1)‧‧‧各第1透鏡面11上的光軸
OA(2)‧‧‧各第2透鏡面12上的光軸

Claims (7)

  1. 一種燈插座，在配置於光電轉換裝置與光傳送體之間的狀態下，可使發光元件與上述光傳送體光學耦合，上述光電轉換裝置具有上述發光元件及接收用以對自上述發光元件出射的光進行監控的監控光的受光元件，上述燈插座包括：透光性的光學區塊，與上述光電轉換裝置相向而配置；透光性的光學外殼，內部包括上述光學區塊，並且藉由朝向上述光電轉換裝置側的開口而使上述光學區塊在上述光電轉換裝置側露出；以及透光性的填充材料，填充於上述光學外殼與上述光學區塊之間，上述光學區塊包括：光電轉換裝置對向面，進行來自上述發光元件的上述光的入射及朝向上述受光元件的上述監控光的出射；反射面，在上述光電轉換裝置對向面的相反側的面上，以相對於上述光電轉換裝置對向面具有規定的傾斜角的方式而配置，入射至上述光電轉換裝置對向面的上述發光元件的光到達上述反射面，且使上述到達的發光元件的光朝向上述光傳送體側反射；傾斜光學面，在上述發光元件的光對上述反射面的反射側的位置，以相對於上述光電轉換裝置對向面具有規定的傾斜角的方式配置，且藉由上述反射面而反射的上述發光元件的光到達上述 傾斜光學面，上述反射面位於上述光電轉換裝置對向面的相反側的面上；以及反射/穿透層，配置於上述傾斜光學面上，使到達上述傾斜光學面的上述發光元件的光以規定的反射率作為上述監控光而朝向上述光電轉換裝置對向面反射，並且以規定的穿透率作為應耦合至上述光傳送體的耦合光而向上述光傳送體側穿透；以及光學區塊側嵌合部，配置於上述反射面與上述傾斜光學面之間的位置，且用以使上述光學區塊與上述光學外殼嵌合，上述反射面位於上述光電轉換裝置對向面的相反側的面上，上述光學外殼包括：耦合光入射面，配置於與上述光傳送體相向而配置的外殼側壁部的內壁面上，且上述耦合光射入上述耦合光入射面；耦合光出射面，配置於上述外殼側壁部的外壁面上，入射至上述耦合光入射面的上述耦合光到達上述耦合光出射面，且使上述到達的耦合光朝向上述光傳送體出射；以及光學外殼側嵌合部，配置於外殼頂壁部的與上述光學區塊側嵌合部相對應的位置，且與上述光學區塊側嵌合部嵌合，上述外殼頂壁部自上述光電轉換裝置的相反側遮蔽上述光學區塊，上述填充材料填充於上述反射/穿透層與上述耦合光入射面之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的燈插座，其中上述反射面以使上述發光元件的光向與上述耦合光出射面的 上述耦合光的出射方向平行的方向反射的方式而配置；進行上述光學區塊、上述光學外殼及上述填充材料的各自的折射率的選擇，以及視需要進行上述傾斜光學面及上述耦合光入射面的角度的選擇，上述折射率及角度的選擇是用以將上述耦合光入射面與上述耦合光出射面之間的上述耦合光的光路、和上述耦合光出射面的剛出射後的上述耦合光的光路配置於同一直線上。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的燈插座，其中上述光學區塊、上述光學外殼及上述填充材料的各自的折射率是以彼此的折射率差成為規定值以下的方式而選擇。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的燈插座，其中上述填充材料包含紫外線硬化型黏接劑，上述光學區塊及上述光學外殼的至少一者為使用紫外線穿透性的材料所形成。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的燈插座，其中上述反射面為上述發光元件的光以比臨界角大的入射角入射，且使上述入射的發光元件的光朝向上述傾斜光學面全反射的全反射面。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的燈插座，其中 在上述光電轉換裝置對向面上的與上述發光元件相對應的位置配置著第1透鏡面，上述第1透鏡面使上述發光元件的光朝向上述反射面入射，上述耦合光出射面為第2透鏡面，且在上述光電轉換裝置對向面上的與上述受光元件相對應的位置配置著第3透鏡面，上述第3透鏡面使上述監控光朝向上述受光元件出射。
  7. 一種光模組，包括：如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的燈插座；以及如申請專利範圍第1項所述的光電轉換裝置。
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