TWI548224B - 具分光功能之集成式光學元件以及光收發模組 - Google Patents

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Description

具分光功能之集成式光學元件以及光收發模組
本發明是有關於一種具分光功能之集成式光學元件以及光收發模組。
隨著通訊技術的進步，通訊方式已不限於使用電訊號來實現。近期發展出以光訊號來實現訊號傳輸的光通訊技術。由於光的傳遞速率與距離遠高於電子，因此光通訊已逐漸成為市場的主流。基於高頻寬需求，能夠大量傳遞光訊號的光收發模組的需求便與日俱增。為確保訊號傳輸的穩定，光收發模組往往需要同步進行光功率監控。使用邊射型雷射之光收發模組可以利用邊射型雷射的後射光監測前射光(即用以傳輸的光)，以同步進行光功率監控。使用面射型雷射之光收發模組則須利用光學元件將傳輸光進行分光以監測光功率。因此，具分光功能之光學元件的設計扮演著重要的角色。
圖1是習知的一種光收發模組的剖面示意圖。請參照圖1，光收發模組10包括光學元件12、透鏡14A、14B、14C、光源 16以及光接收器18。光源16所發出的光束B被透鏡14A準直後進入光學元件12並傳遞至全反射面TIR1、TIR2。全反射面TIR1、TIR2之底邊彼此連接且相互垂直，而形成頂角X。光束B經由全反射面TIR1、TIR2及頂角X分光而朝不同方向傳遞，其中被全反射面TIR1反射的光束B經由透鏡14B匯聚進光纖F，而可用於訊號傳輸。另一方面，被全反射面TIR2反射的光束B經由透鏡14C匯聚進光接收器18，而可用於光功率監控。換句話說，光收發模組10可同步進行訊號傳輸及光功率監控。
由於全反射面TIR1、TIR2相互連接所形成的頂角X容易因製程因素而具有曲率，從而光束在頂角X會發生漫射，造成光功率損失及分光比率偏差，降低光收發模組10的良率。此外，在光收發模組10的組裝製程中，通常由對應光纖F的透鏡14B觀看光源16的影像來進行被動式機械對位。然而，在光收發模組10的架構下，僅部分光源16的影像可經由全反射面TIR1導引至透鏡14B，因此從透鏡14B無法觀看到光源16的完整影像，從而增加組裝對位的困難度及校正時間。是以，如何改善上述問題，使成為此領域的重要課題之一。
本發明提供一種具分光功能之集成式光學元件，其避開頂角分光之漫射，而可降低光功率損失及分光比率偏差，並有助於降低光收發模組對位的困難度及對位時間。
本發明提供一種具分光功能集成式光學元件之光收發模組，其良率佳、對位困難度低且對位時間短。
本發明的一種具分光功能之集成式光學元件，其包括殼體、至少一第一透鏡以及至少一第二透鏡。殼體包括第一透鏡面、第二透鏡面、至少一第一反射面以及至少一第二反射面。第二透鏡面垂直第一透鏡面。第一反射面以及第二反射面位於第一透鏡面上方，其中各第一反射面靠近第一透鏡面的底邊與各第二反射面靠近第一透鏡面的底邊彼此不相連。第一透鏡設置在第一透鏡面上，且各第一透鏡具有第一光軸。第二透鏡設置在第二透鏡面上，且各第二透鏡具有第二光軸。第一反射面位於第一透鏡上方且傾斜於第一光軸以及第二光軸。各第一反射面適於將來自對應的第一透鏡的第一光束的一部分反射，使所述部分第一光束沿平行於第二光軸的第一方向傳遞。各第二反射面位於對應的第二光軸的至少一側邊且位於第一光束的另一部分的傳遞路徑上，且第一反射面與第二反射面的傾斜方向相反，使傳遞至第二反射面的所述另一部分第一光束被第二反射面反射後沿不同於第一方向的第二方向傳遞。
本發明的一種光收發模組，其包括具分光功能之集成式光學元件、至少一第一光源以及至少一光接收器。具分光功能之集成式光學元件包括殼體、至少一第一透鏡以及至少一第二透鏡。殼體包括第一透鏡面、第二透鏡面、至少一第一反射面以及至少一第二反射面。第二透鏡面垂直第一透鏡面。第一反射面以 及第二反射面位於第一透鏡面上方，其中各第一反射面靠近第一透鏡面的底邊與各第二反射面靠近第一透鏡面的底邊彼此不相連。第一透鏡設置在第一透鏡面上，且各第一透鏡具有第一光軸。第二透鏡設置在第二透鏡面上，且各第二透鏡具有第二光軸。第一光源位於第一透鏡面下方，其中各第一光源分別設置在其中一個第一透鏡下方且適於朝對應的第一透鏡射出第一光束。第一反射面位於第一透鏡上方且傾斜於第一光軸以及第二光軸。各第一反射面適於將來自對應的第一透鏡的第一光束的一部分反射，使所述部分第一光束沿平行於第二光軸的第一方向傳遞。各第二反射面位於對應的第二光軸的至少一側邊且位於第一光束的另一部分的傳遞路徑上，且第一反射面與第二反射面的傾斜方向相反，使傳遞至第二反射面的所述另一部分第一光束被第二反射面反射後沿不同於第一方向的第二方向傳遞。光接收器位於被第二反射面反射的所述另一部分第一光束的傳遞路徑上，以接收被第二反射面反射的第一光束。
基於上述，本發明的具分光功能之集成式光學元件藉由第一反射面與第二反射面的底邊不相連的設計來避免頂角之形成，從而可改善習知光束在頂角漫射所造成之光功率損失及分光比率偏差，進而提升光收發模組良率，且有助於改善光束在頂角漫射造成光源影像不清晰及邊界不完整所引起的對位困難度及對位時間。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10、100、200、300、400、500、600、700、800‧‧‧光收發模組
12‧‧‧光學元件
14A、14B、14C‧‧‧透鏡
16‧‧‧光源
18、130、130A‧‧‧光接收器
110、210、310、410、510、610、710、810‧‧‧具分光功能之集成式光學元件
120‧‧‧第一光源
120A‧‧‧第二光源
B‧‧‧光束
B1、B11、B12‧‧‧第一光束
B12A‧‧‧第一子光束
B12B‧‧‧第二子光束
B2、B21、B22‧‧‧第二光束
BE1、BE2‧‧‧底邊
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
D3‧‧‧第三方向
D4‧‧‧第四方向
F‧‧‧光纖
FC‧‧‧光纖連接器
L1、L1A、L1B‧‧‧第一透鏡
L2‧‧‧第二透鏡
L3、L3A‧‧‧第三透鏡
L4‧‧‧第四透鏡
L5‧‧‧第五透鏡
OA1‧‧‧第一光軸
OA2‧‧‧第二光軸
OA3‧‧‧第三光軸
OF1、OF2、OF3、OF4‧‧‧光場
R1‧‧‧第一反射面
R2‧‧‧第二反射面
R3、R3’‧‧‧第三反射面
R4‧‧‧第四反射面
S1‧‧‧第一透鏡面
S2‧‧‧第二透鏡面
S3‧‧‧第三面
SH、SHA、SHB、SHC、SHD、SHE、SHF、SHG‧‧‧殼體
TIR1、TIR2‧‧‧全反射面
WMAX‧‧‧光束最大寬度
WO‧‧‧重疊寬度
WR1、WR2、WR3’‧‧‧寬度
X‧‧‧頂角
θ1、θ2、θ3、θ4‧‧‧內角
A-A’、B-B’、C-C’‧‧‧剖線
圖1是習知的一種光收發模組的剖面示意圖。
圖2A是依照本發明的第一實施例的一種光收發模組的上視示意圖。
圖2B及圖2C分別是沿圖2A中剖線A-A’、B-B’的剖面示意圖。
圖2D及圖2E是圖2A的光收發模組的光路示意圖。
圖2F及圖2G分別是圖2D中光場OF1、OF2的光形示意圖。
圖2H是圖2E中光場OF3的光形示意圖。
圖3A是依照本發明的第二實施例的一種光收發模組的上視示意圖。
圖3B及圖3C分別是沿圖3A中剖線A-A’、B-B’的剖面示意圖。
圖3D及圖3E是圖3A的光收發模組的光路示意圖。
圖4A是依照本發明的第三實施例的一種光收發模組的上視示意圖。
圖4B及圖4C分別是沿圖4A中剖線A-A’、B-B’的剖面示意圖。
圖4D及圖4E是圖4A的光收發模組的光路示意圖。
圖5A是依照本發明的第四實施例的一種光收發模組的上視示意圖。
圖5B至圖5D分別是沿圖5A中剖線A-A’、B-B’、C-C’的剖面示意圖。
圖5E至圖5G是圖5A的光收發模組的光路示意圖。
圖5H及圖5I分別是圖5E中光場OF1、OF2的光形示意圖。
圖5J是圖5F中光場OF3的光形示意圖。
圖5K是圖5G中光場OF4的光形示意圖。
圖6A是依照本發明的第五實施例的一種光收發模組的上視示意圖。
圖6B至圖6D分別是圖6A的光收發模組在對應圖5E中光場OF1、OF2及圖5G中光場OF3的光形示意圖。
圖7A是依照本發明的第六實施例的一種光收發模組的上視示意圖。
圖7B及圖7C分別是圖7A的光收發模組在不同視角下的斜視示意圖。
圖8A是依照本發明的第七實施例的一種光收發模組的上視示意圖。
圖8B及圖8C分別是圖8A的光收發模組在不同視角下的斜視示意圖。
圖9A及圖9B分別是依照本發明的第八實施例的一種光收發模組在不同視角下的斜視示意圖。
圖2A是依照本發明的第一實施例的一種光收發模組的上視示意圖。圖2B及圖2C分別是沿圖2A中剖線A-A’、B-B’的剖面示意圖。圖2D及圖2E是圖2A的光收發模組的光路示意圖。圖2F及圖2G分別是圖2D中光場OF1、OF2的光形示意圖。圖2H是圖2E中光場OF3的光形示意圖。
請參照圖2A至圖2H，光收發模組100包括具分光功能之集成式光學元件110、至少一第一光源120以及至少一光接收器130。在本實施例中，第一光源120以及光接收器130的數量分別為一，但不以此為限。
具分光功能之集成式光學元件110包括殼體SH、至少一第一透鏡L1以及至少一第二透鏡L2。在本實施例中，第一透鏡L1、第二透鏡L2的數量分別為一，但不以此為限。具分光功能之集成式光學元件110的各元件可為一體成型。具體地，具分光功能之集成式光學元件110可由模鑄製作，且具分光功能之集成式光學元件110的材質可為工程塑膠(Ultem)，但不以此為限。
請參照圖2B及圖2C，殼體SH包括第一透鏡面S1、第二透鏡面S2、至少一第一反射面R1以及至少一第二反射面R2。第二透鏡面S2垂直第一透鏡面S1。第一反射面R1以及第二反射面R2位於第一透鏡面S1上方，其中各第一反射面R1靠近第一透鏡面S1的底邊BE1與各第二反射面R2靠近第一透鏡面S1的底 邊BE2彼此不相連。在本實施例中，第一反射面R1以及第二反射面R2的數量分別為一，但不以此為限。
請參照圖2D及圖2E，第一透鏡L1設置在第一透鏡面S1上，且各第一透鏡L1具有第一光軸OA1。第一光源120位於第一透鏡面S1下方，其中各第一光源120分別設置在其中一個第一透鏡L1下方且適於朝對應的第一透鏡L1射出第一光束B1。第一光源120可以是雷射光源，例如是面射型雷射光源，但不以此為限。第一透鏡L1面向第一光源120，且第一透鏡L1適於準直化來自第一光源120的第一光束B1。依據不同的設計需求，第一透鏡L1及其凖直後光束(參見圖2A虛線標示處)的形狀可為圓形或橢圓形。圖2A示出第一透鏡L1及其凖直後光束的形狀為圓形，但不以此為限。
第二透鏡L2設置在第二透鏡面S2上，且各第二透鏡L2具有第二光軸OA2。第二透鏡L2面向與具分光功能之集成式光學元件110耦合的光纖F，且第二透鏡L2適於將部分第一光束B1(如第一光束B11)匯聚至光纖F中。
第一反射面R1位於第一透鏡L1上方且傾斜於第一光軸OA1以及第二光軸OA2。各第一反射面R1適於將來自對應的第一透鏡L1的第一光束B1的至少部分反射，使第一光束B1的至少部分(如第一光束B11)沿平行於第二光軸OA2的第一方向D1傳遞。第一反射面R1可藉由全內反射的方式或藉由鍍反射膜將第一光束B1反射。在前者的架構下，第一反射面R1與第一透鏡L1 所在平面(如第一透鏡面S1)所夾的內角θ1(請參照圖2B)例如為45度。
請參照圖2A及圖2E各第二反射面R2位於對應的第二光軸OA2的至少一側邊且位於僅部分第一光束B1(如第一光束B12)的傳遞路徑上而不位於第一光束B11的傳遞路徑上，且第一反射面R1與第二反射面R2的傾斜方向相反，使傳遞至第二反射面R2的第一光束B12被第二反射面R2反射後沿不同於第一方向D1的第二方向D2傳遞。第二反射面R2可藉由全內反射的方式或藉由鍍反射膜將第一光束B12反射。在前者的架構下，第二反射面R2與第一反射面R1垂直，即第二反射面R2與第一反射面R1所夾的內角θ2(請參照圖2C)為90度。
請參照圖2D及圖2E，本實施例的第二反射面R2位於第一反射面R1與第二透鏡面S2之間。來自第一光源120的第一光束B1被第一透鏡L1準直後傳遞至第一反射面R1。第一反射面R1將第一光束B1反射，使第一光束B1以垂直於第一光軸OA1的第一方向D1傳遞。沿第一方向D1傳遞的部分第一光束B1(如第一光束B11)被對應的第二透鏡L2匯聚至與具分光功能之集成式光學元件110對應的光纖F中。另一方面，沿第一方向D1傳遞的另一部分的第一光束B1(如第一光束B12)會被第二反射面R2反射，而再次轉向，並沿垂直於於第一方向D1的第二方向D2傳遞。光接收器130對應第二反射面R2設置且適於接收第一光束B12。
具分光功能之集成式光學元件110可進一步包括至少一 第三透鏡L3。第三透鏡L3位於被第二反射面R2反射的第一光束B12的傳遞路徑上，且被第二反射面R2反射的第一光束B12沿第二方向D2通過對應的第三透鏡L3而被第三透鏡L3匯聚至光接收器130。在本實施例中，第三透鏡L3的數量為一，但不以此為限。
具分光功能之集成式光學元件110藉由第一反射面R1與第二反射面R2的底邊不相連的設計來避免圖1中頂角X之形成與分光，從而可改善習知光束在頂角X漫射所造成之光功率損失及分光比率偏差，進而提升光收發模組良率，且有助於改善光束在頂角X漫射造成光源影像不清晰及邊界不完整所引起的對位困難度及對位時間。因此，光收發模組100的良率佳、對位困難度低且對位時間短
值得一提的是，本實施例可藉由調變第二反射面R2的寬度WR2來調變分光比(即圖2G中第一光束B11橫截面與圖2H中第一光束B12橫截面的光強度與面積積分比)。進一步而言，請參照圖2A，來自第一光源120之第一光束B1被第一透鏡L1凖直後(參見圖2A虛線標示處)的光束最大寬度為WMAX。光束最大寬度WMAX與寬度為WR2之第二反射面R2在第三方向D3上重疊，且重疊寬度WO小於光束最大寬度WMAX。重疊寬度WO越大，第二反射面R2接收到的第一光束B1越多，而重疊寬度WO越小，第二反射面R2接收到的第一光束B1越少。在第一光束B1於第一方向D1之中心位置及光束最大寬度WMAX不變下，第二反射 面R2的寬度WR2越大，則重疊寬度WO越大，且第一光束B12佔據第一光束B1之比例越大。換句話說，第二反射面R2的寬度WR2的大小或重疊寬度WO可用以調變分光比。相較於圖1的光收發模組10需藉由微調光源16與全反射面TIR1、TIR2相交之頂角X之相對位置來調變分光比，本實施例利用第二反射面R2的寬度WR2的大小調變分光比可相對精準、有效且可具有較大的對位容忍度(alignment tolerance)。
另外，由於光功率監控所需的光能量不用高，因此本實施例的第一光束B1的中心光束(即光能量最強的區域)可皆傳遞至光纖F，而用於訊號傳輸。相較於圖1之光束B的中心光束容易被頂角X漫射掉，本實施例可有效維持訊號傳輸的光能量。
圖3A是依照本發明的第二實施例的一種光收發模組的上視示意圖。圖3B及圖3C分別是沿圖3A中剖線A-A’、B-B’的剖面示意圖。圖3D及圖3E是圖3A的光收發模組的光路示意圖。請參照圖3A至圖3E，光收發模組200相似於光收發模組100，且相同或相似的元件以相同的標號表示，於此不再贅述。
光收發模組200與光收發模組100的主要差異在於，在具分光功能之集成式光學元件210中，殼體SHA的第一反射面R1與第二反射面R2沿垂直於第一光軸OA1以及第二光軸OA2的第三方向D3排列。此外，第一透鏡L1重疊於第一反射面R1以及第二反射面R2，使來自第一光源120之第一光束B1被第一透鏡L1凖直後(光束最大寬度為WMAX)，部分照射在第一反射面R1 且另一部分照射在第二反射面R2。
另外，殼體SHA還包括至少一第三反射面R3。在本實施例中，第三反射面R3的數量為一，但不以此為限。請參照圖3E，第三反射面R3傾斜位於第一透鏡面S1上方，其中第三反射面R3與第二反射面R2的傾斜方向相反且位於被第二反射面R2反射的第一光束B12的傳遞路徑上。第一光束B12被第二反射面R2反射後，沿與第一方向D1相反的第二方向D2傳遞至第三反射面R3。第三反射面R3將來自第二反射面R2的第一光束B12朝平行於第一光軸OA1的第四方向D4傳遞至光接收器130。第三反射面R3可藉由全內反射的方式或藉由鍍反射膜將傳遞於具分光功能之集成式光學元件210中的光束反射。在前者的架構下，第三反射面R3與第一透鏡L1所在平面(如第一透鏡面S1)所夾的內角θ3(請參照圖3B)例如為45度。
具分光功能之集成式光學元件210可進一步包括至少一第三透鏡L3。第三透鏡L3設置在第一透鏡面S1上方且位於第三反射面R3下方。第一光束B12被第三反射面R3反射後，沿第四方向D4而被第三透鏡L3匯聚至光接收器130。在本實施例中，第三透鏡L3的數量為一，但不以此為限。
具分光功能之集成式光學元件210亦可藉由第一反射面R1以及第二反射面R2之底邊不相連的設計來改善習知光束在圖1之頂角X漫射所造成之能量耗損，使應用具分光功能之集成式光學元件210之光收發模組200可具有良好的光利用率與分光比率 均勻性，以及對位困難度低且對位時間短的優點。
此外，本實施例亦可藉由調變第二反射面R2的寬度WR2來調變分光比。或者，可藉由調變在第三方向D3上的第一反射面R1的寬度WR1及第二反射面R2的寬度WR2的比值來調變分光比。進一步而言，請參照圖3A，在第一光束B1的中心位置及最大寬度WMAX不變下，第一反射面R1的寬度WR1與第二反射面R2的寬度WR2的比值會影響第一光束B1與第二反射面R2的重疊寬度WO。第一反射面R1的寬度WR1越大，重疊寬度WO越小。另一方面，第一反射面R1的寬度WR1越小，重疊寬度WO越大。相較於圖1的光收發模組10需藉由微調光源16與全反射面TIR1、TIR2相交之頂角X之相對位置來調變分光比，本實施例藉由調變第二反射面R2的寬度WR2的大小或調變第一反射面R1的寬度WR1與第二反射面R2的寬度WR2的比值來調變分光比可相對精準、有效且可具有較大的對位容忍度。
另外，由於光功率監控所需的光能量不用高，第一光束B1的中心光束(即光能量最強的區域)可皆傳遞至光纖F，而用於訊號傳輸。相較於圖1之光束B的中心光束容易被頂角X漫射掉，本實施例可有效維持訊號傳輸量。
圖4A是依照本發明的第三實施例的一種光收發模組的上視示意圖。圖4B及圖4C分別是沿圖4A中剖線A-A’、B-B’的剖面示意圖。圖4D及圖4E是圖4A的光收發模組的光路示意圖。請參照圖4A至圖4E，光收發模組300相似於光收發模組200，且 相同或相似的元件以相同的標號表示，於此不再贅述其相對配置關係及功效。
光收發模組300與光收發模組200的主要差異在於，在具分光功能之集成式光學元件310中，殼體SHB以平面S3取代第三反射面R3。平面S3連接且垂直於第一透鏡面S1，且第三透鏡L3設置在平面S3上。
請參照圖4D及圖4E，來自第一光源120的第一光束B1經第一透鏡L1凖直後，部分的第一光束B1(如第一光束B11)被第一反射面R1反射後沿第一方向D1通過對應的第二透鏡L2，而匯聚至光纖F中。另一部分的第一光束B1(如第一光束B12)被第二反射面R2反射後，沿第二方向D2傳遞且經第三透鏡L3匯聚至光接收器130。值得一提的是，在此架構亦可以另一光纖F(未繪示)取代光接收器130，則光訊號傳輸可一分為二，傳向不同的標的。
在具分光功能之集成式光學元件110、210、310中，第一反射面R1與第二反射面R2的數量比皆是1：1，且第二反射面R2位於第二光軸OA2的單側。具體地，各第二透鏡L2的第二光軸OA2穿過第一反射面R1但不穿過任一第二反射面R2，且第二反射面R2與第二光軸OA2沿第三方向D3排列。然而，本發明不限於上述。在另一實施例中，殼體可具有兩個第二反射面R2，亦即第一反射面R1與第二反射面R2的數量比為1：2。兩個第二反射面R2可分別位於第二光軸OA2的兩側，且第二反射面R2與第 二光軸OA2沿第三方向D3排列。如此，具分光功能之集成式光學元件亦可具有類似上述甚或更多延伸功能，例如可有效保持中心光束的完整性，但不限於此，在此不再贅述。
圖5A是依照本發明的第四實施例的一種光收發模組的上視示意圖。圖5B至圖5D分別是沿圖5A中剖線A-A’、B-B’、C-C’的剖面示意圖。圖5E至圖5G是圖5A的光收發模組的光路示意圖。圖5H及圖5I分別是圖5E中光場OF1、OF2的光形示意圖。圖5J是圖5F中光場OF3的光形示意圖。圖5K是圖5G中光場OF4的光形示意圖。請參照圖5A至圖5K，光收發模組400相似於光收發模組300，且相同或相似的元件以相同的標號表示，於此不再贅述其相對配置關係及功效。
光收發模組400與光收發模組300的主要差異在於，在具分光功能之集成式光學元件410中，殼體SHC具有兩個第二反射面R2，亦即第一反射面R1與第二反射面R2的數量比為1：2。兩個第二反射面R2沿第三方向D3排列於第二光軸OA2的兩側。
另外，殼體SHC還包括至少一第三反射面R3’。在本實施例中，第三反射面R3’的數量為一，但不以此為限。第三反射面R3’位於第一透鏡面S1上方，且第三反射面R3’位於其中一第二反射面R2與第三面S3之間。第三反射面R3’在第三方向D3上的寬度WR3’與對應的第二反射面R2在第三方向D3上的寬度WR2至少部分重疊，以有效傳遞來自對應的第二反射面R2的光束。
請參照圖5C及圖5F，第三反射面R3’傾斜於第一光軸 OA1以及第二光軸OA2，且第三反射面R3’與第二反射面R2的傾斜方向相反。第三反射面R3’可藉由全內反射的方式或藉由鍍反射膜將傳遞於具分光功能之集成式光學元件410中的光束反射。在前者的架構下，第三反射面R3’與第二反射面R2所夾的內角θ4為45度。
此外，具分光功能之集成式光學元件410還可進一步包括至少一第三透鏡L3以及至少一第四透鏡L4。在本實施例中，第三透鏡L3以及第四透鏡L4的數量分別為一，但不以此為限。第三透鏡L3設置在第一透鏡面S1上且設置在第三反射面R3’下方，其中第一透鏡L1A位於第三透鏡L3與第二透鏡L2之間。
請參照圖5G，第四透鏡L4設置在第三面S3上且位於來自第二反射面R2的部分的第一光束B1(如第一光束B12B)的傳遞路徑上，其中第三透鏡L3位於第四透鏡L4與第一透鏡L1A之間。另外，光接收器140的數量為二，其中一光接收器140設置在第三反射面R3’的下方，並對應第三透鏡L3設置，而其中另一光接收器140對應第四透鏡L4設置。
請參照圖5E至圖5G，來自第一光源120的第一光束B1通過第一透鏡L1A凖直後，部分的第一光束B1(如第一光束B11)被第一反射面R1反射後，沿第一方向D1通過對應的第二透鏡L2而被第二透鏡L2匯聚至光纖F中。另一部分的第一光束B1被兩個第二反射面R2劃分成第一子光束B12A以及第二子光束B12B。第一子光束B12A被第二反射面R2反射後，沿第二方向 D2傳遞至第三反射面R3’，且被第三反射面R3’反射後，沿第四方向D4通過對應的第三透鏡L3且被第三透鏡L3匯聚至光接收器130。第二子光束B12B被第二反射面R2反射後，沿第二方向D2傳遞至第三面S3，且通過對應的第四透鏡L4且被第四透鏡L4匯聚至另一光接收器130。值得一提的是，在此架構亦可以另一光纖F(未繪示)取代第四透鏡L4外側之另一光接收器130，則光訊號傳輸可一分為二，傳向不同的標的。
本實施例可藉由調變第一反射面R1以及各第二反射面R2的寬度比來調變第一光束B11、第一子光束B12A以及第二子光束B12B的分光比。此外，藉由分離第一子光束B12A以及第二子光束B12B，第一子光束B12A以及第二子光束B12B可有不同的利用。舉例而言，在進行主動式光路校正時，可藉由觀察第一子光束B12A以及第二子光束B12B的光形或光能量來判斷第一光源120是否精確設置在預設的光路徑上。或者，第一子光束B12A以及第二子光束B12B的其中至少一者可用於觀察第一光源120與第一透鏡L1A在不同環境溫度下之相對位移或用於其他訊號傳輸等。
另外，藉由改變第一透鏡L1A的設計，將第一光源120凖直為橢圓柱形，本實施例可重新分配第一子光束B11、第一子光束B12A，以及第二子光束B12B的能量以運用之。應說明的是，第一透鏡L1A的形狀改良亦可應用於其他具分光功能之集成式光學元件中，於下不再贅述。
上述實施例的光收發模組皆僅設置單一光源，但本發明不限於此。圖6A是依照本發明的第五實施例的一種光收發模組的上視示意圖。圖6B至圖6D分別是圖6A的光收發模組在對應圖5E中光場OF1、OF2及圖5G中光場OF3的光形示意圖。請參照圖6A至圖6D，光收發模組500相似於光收發模組200，且相同或相似的元件以相同的標號表示，於此不再贅述其相對配置關係及功效。光收發模組500與光收發模組200的主要差異在於，光收發模組500藉由設置不同波長之光源，而可具有分波多工之應用。
詳言之，在具分光功能之集成式光學元件510中，殼體SHD具有兩個第二反射面R2，亦即第一反射面R1與第二反射面R2的數量比為1：2。此外，第一透鏡L1B、第三透鏡L3以及光接收器130的數量分別為二，其中各第一透鏡L1B設置在第一反射面R1與其中一第二反射面R2下方，使得各第一透鏡L1B重疊於第一反射面R1的部分區域且重疊於其中一第二反射面R2的部分區域，因此來自第一光源120之第一光束B1被第一透鏡L1B凖直後(光束最大寬度為WMAX)，部分照射在第一反射面R1且另一部分照射在第二反射面R2。此外，各光接收器130分別設置在其中一第三透鏡L3下方。
光收發模組500還包括至少一第二光源120A。在本實施例中，第二光源120A的數量為一，但不以此為限。第二光源120A位於其中一個第一透鏡L1B下方。當第一光源120與第二光源 120A的數量分別大於1時，第一光源120與第二光源120A沿第三方向D3排列。
第一光源120適於朝其中一第一透鏡L1B射出第一光束B1，且第一光束B1被所述其中一第一透鏡L1B凖直化。第二光源120A適於朝另一第一透鏡L1B射出第二光束B2，且第二光束B2被所述另一第一透鏡L1B凖直化。第二光束B2的波長不同於第一光束B1的波長。第一反射面R1適於將來自所述其中一第一透鏡L1B的部分第一光束B1及來自所述另一第一透鏡L1B的部分第二光束B2反射，且使所述部分第一光束B1(如第一光束B11)以及所述部分第二光束B2(如第二光束B21)沿第一方向D1傳遞，第一光束B11以及第二光束B21通過第二透鏡L2並匯聚合併至未繪示的光纖。另一方面，排列於第二光軸OA2兩邊之各第二反射面R2適於將另一部分的第一光束B1(如第一光束B12)及另一部分的第二光束B2(如第二光束B22)分別沿第二方向D2傳遞，且對應的各光接收器130分別適於接收第一光束B12及第二光束B22。
圖7A是依照本發明的第六實施例的一種光收發模組的上視示意圖。圖7B及圖7C分別是圖7A的光收發模組在不同視角下的斜視示意圖。請參照圖7A至圖7C，光收發模組600相似於光收發模組100，且相同或相似的元件以相同的標號表示，於此不再贅述其相對配置關係及功效。
光收發模組600與光學次模組100的主要差異在於，光收發模組600的具分光功能之集成式光學元件610更包括至少一 光纖連接器FC，以連接圖2D及圖2E中的光纖F。在本實施例中，光纖連接器FC的數量為一，但不以此為限。光纖連接器FC設置在第二鏡頭L2上且與殼體SHE連接。光纖連接器FC可以是朗訊連接器(LC connector)或其他型式的連接器。應說明的是，上述其他光收發模組的具分光功能之集成式光學元件亦可包括光纖連接器FC，於此不再贅述。
圖8A是依照本發明的第七實施例的一種光收發模組的上視示意圖。圖8B及圖8C分別是圖8A的光收發模組在不同視角下的斜視示意圖。請參照圖8A至圖8C，光收發模組700相似於光收發模組100，且相同或相似的元件以相同的標號表示，於此不再贅述其相對配置關係及功效。
光收發模組700與光收發模組100的主要差異在於，具分光功能之集成式光學元件710還包括至少一第五透鏡L5，且殼體SHF還包括至少一第四反射面R4。在本實施例中，第五透鏡L5以及第四反射面R4的數量分別為一，但不以此為限。第五透鏡L5設置在第二透鏡L2的一側。第五透鏡L5具有第三光軸OA3，第四反射面R4位於來自第五透鏡L5的光束的傳遞路徑上且沿第三光軸OA3設置。
另外，具分光功能之集成式光學元件710還可包括第三透鏡L3A，且光收發模組700還可包括光接收器130A，其中第三透鏡L3A以及光接收器130A對應第四反射面R4設置。來自外部之光束經由光纖連接器進入光收發模組700且經第五透鏡L5凖直 後，依序由第四反射面R4反射向第三透鏡L3A，接著匯聚至光接收器130A。在此架構下，光收發模組700可具有發射及接收之功能。
圖9A及圖9B分別是依照本發明的第八實施例的一種光收發模組在不同視角下的斜視示意圖。請參照圖9A及圖9B，光收發模組800相似於光收發模組700，且相同或相似的元件以相同的標號表示，於此不再贅述其相對配置關係及功效。
光收發模組800與光收發模組700的主要差異在於，光收發模組800的光接收器130A的數量大於1。此外，在具分光功能之集成式光學元件810中，殼體SHG的第二反射面R2的數量大於1，且第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3、第三透鏡L3A以及第五透鏡L5的數量分別大於1，且上述各元件分別呈陣列排列而可實現多通道分光之功能。
透過第五透鏡L5以及第三透鏡L3A的設置，光收發模組800可接收外部光束。具體地，來自外部之光束經第五透鏡L5凖直後進入具分光功能之集成式光學元件810，會被第一反射面R1反射，並通過第三透鏡L3A，以將所述外部光束匯聚至光接收器130A。
綜上所述，本發明的具分光功能之集成式光學元件藉由第一反射面與第二反射面的底邊不相連的設計，來避免習知分光頂角之形成，從而可改善習知因光束在頂角漫射所造成之光功率損失及分光比率偏差，且有助於改善光束在頂角漫射造成光源之 影像的清晰度及邊界完整性造成之不良影響。是以，具分光功能之集成式光學元件除了有助於降低對位的困難度及對位時間之外，還可改善習知光束在頂角漫射所造成之能量耗損，從而應用具分光功能之集成式光學元件之光收發模組除了可具有對位困難度低且對位時間短的優點之外，還可具有良好的光利用率。在一實施例中，還可藉由調變第二反射面在垂直於第一光軸以及第二光軸的第三方向上的寬度來有效調變分光比以及訊號傳輸量。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧光收發模組
110‧‧‧集成式光學元件
120‧‧‧第一光源
130‧‧‧光接收器
BE1、BE2‧‧‧底邊
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
D3‧‧‧第三方向
L1‧‧‧第一透鏡
L2‧‧‧第二透鏡
L3‧‧‧第三透鏡
OA1‧‧‧第一光軸
OA2‧‧‧第二光軸
R1‧‧‧第一反射面
R2‧‧‧第二反射面
S2‧‧‧第二透鏡面
SH‧‧‧殼體
WMAX‧‧‧光束最大寬度
WO‧‧‧重疊寬度
WR2‧‧‧第二反射面的寬度
A-A’、B-B’‧‧‧剖線

Claims (20)

  1. 一種具分光功能之集成式光學元件，包括：一殼體，包括一第一透鏡面、一第二透鏡面、至少一第一反射面以及至少一第二反射面，該第二透鏡面垂直該第一透鏡面，該至少一第一反射面以及該至少一第二反射面位於該第一透鏡面上方，其中各該第一反射面靠近該第一透鏡面的底邊與各該第二反射面靠近該第一透鏡面的底邊彼此不相連；至少一第一透鏡，設置在該第一透鏡面上，且各該第一透鏡具有一第一光軸；以及至少一第二透鏡，設置在該第二透鏡面上，且各該第二透鏡具有一第二光軸，其中該至少一第一反射面位於該至少一第一透鏡上方且傾斜於該第一光軸以及該第二光軸，各該第一反射面適於將來自對應的第一透鏡的一第一光束的一部分反射，使該部分第一光束沿平行於該第二光軸的一第一方向傳遞，各該第二反射面位於對應的第二光軸的至少一側邊，各該第二反射面位於該第一光束的另一部分的傳遞路徑上且不位於該部分第一光束的傳遞路徑上，且該至少一第一反射面與該至少一第二反射面的傾斜方向相反，使傳遞至該至少一第二反射面的該另一部分第一光束被該至少一第二反射面反射後沿不同於該第一方向的一第二方向傳遞。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的具分光功能之集成式光學元件，其中該至少一第二反射面位於該至少一第一反射面與該第 二透鏡面之間，且該第二方向垂直於該第一方向且平行於該第一光軸。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的具分光功能之集成式光學元件，更包括：至少一第三透鏡，設置在該第一透鏡面上且位於該至少一第二反射面下方，其中傳遞至該至少一第二反射面的該另一部分第一光束被該至少一第二反射面反射後，沿該第二方向通過對應的第三透鏡而被該第三透鏡匯聚。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的具分光功能之集成式光學元件，其中該至少一第一反射面與該至少一第二反射面沿垂直於該第一光軸以及該第二光軸的一第三方向排列，該部分第一光束被該至少一第一反射面反射至該第一方向，且該另一部分第一光束被該至少一第二反射面反射至該第二方向，該第二方向相反於該第一方向。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的具分光功能之集成式光學元件，其中該殼體更包括至少一第三反射面，該至少一第三反射面位於被該至少一第二反射面反射的該另一部分第一光束的傳遞路徑上，且適於將該另一部分第一光束朝平行於該第一光軸的一第四方向傳遞。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的具分光功能之集成式光學元件，更包括：至少一第三透鏡，設置在該第一透鏡面上且位於該至少一第 三反射面下方，其中傳遞至該至少一第二反射面的該另一部分第一光束被該至少一第三反射面反射後，沿該第四方向通過對應的第三透鏡而被該第三透鏡匯聚。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的具分光功能之集成式光學元件，更包括：至少一第三透鏡，位於被該至少一第二反射面反射的該另一部分第一光束的傳遞路徑上，且被該至少一第二反射面反射的該另一部分第一光束沿該第二方向通過對應的第三透鏡而被該第三透鏡匯聚。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的具分光功能之集成式光學元件，其中該至少一第一透鏡適於準直化該第一光束。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的具分光功能之集成式光學元件，其中該至少一第二透鏡適於將該部分第一光束匯聚至與該具分光功能之集成式光學元件連接的至少一光纖中。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的具分光功能之集成式光學元件，更包括：至少一光纖連接器，設置在該至少一第二鏡頭上。
  11. 一種光收發模組，包括：一具分光功能之集成式光學元件，包括：一殼體，包括一第一透鏡面、一第二透鏡面、至少一第一反射面以及至少一第二反射面，該第二透鏡面垂直該第一透鏡面，該至少一第一反射面以及該至少一第二反射面位於 該第一透鏡面上方，其中各該第一反射面靠近該第一透鏡面的底邊與各該第二反射面靠近該第一透鏡面的底邊彼此不相連；至少一第一透鏡，設置在該第一透鏡面上，且各該第一透鏡具有一第一光軸；以及至少一第二透鏡，設置在該第二透鏡面上，且各該第二透鏡具有一第二光軸；至少一第一光源，位於該第一透鏡面下方，其中各該第一光源分別設置在其中一個第一透鏡下方且適於朝對應的第一透鏡射出一第一光束，該至少一第一反射面位於該至少一第一透鏡上方且傾斜於該第一光軸以及該第二光軸，各該第一反射面適於將來自對應的第一透鏡的該第一光束的一部分反射，使該部分第一光束沿平行於該第二光軸的一第一方向傳遞，各該第二反射面位於對應的第二光軸的至少一側邊，各該第二反射面位於該第一光束的另一部分的傳遞路徑上且不位於該部分第一光束的傳遞路徑上，且該至少一第一反射面與該至少一第二反射面的傾斜方向相反，使傳遞至該至少一第二反射面的該另一部分第一光束被該至少一第二反射面反射後沿不同於該第一方向的一第二方向傳遞；以及至少一光接收器，位於被該至少一第二反射面反射的該另一部分第一光束的傳遞路徑上，以接收被該至少一第二反射面反射的該另一部分第一光束。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的光收發模組，其中該至少一第二反射面位於該至少一第一反射面與該第二透鏡面之間，且該第二方向垂直於該第一方向且平行於該第一光軸。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的光收發模組，其中該具分光功能之集成式光學元件更包括：至少一第三透鏡，設置在該第一透鏡面上且位於該至少一第二反射面下方，其中傳遞至該至少一第二反射面的該另一部分第一光束被該至少一第二反射面反射後，沿該第二方向通過對應的第三透鏡而被該第三透鏡匯聚。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的光收發模組，其中該至少一第一反射面與該至少一第二反射面沿垂直於該第一光軸以及該第二光軸的一第三方向排列，該部分第一光束被該至少一第一反射面反射至該第一方向，且該另一部分第一光束被該至少一第二反射面反射至該第二方向，該第二方向相反於該第一方向。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的光收發模組，其中該殼體更包括至少一第三反射面，該至少一第三反射面位於被該至少一第二反射面反射的該另一部分第一光束的傳遞路徑上，且適於將該另一部分第一光束朝平行於該第一光軸的一第四方向傳遞。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的光收發模組，其中該具分光功能之集成式光學元件更包括：至少一第三透鏡，設置在該第一透鏡面上且位於該至少一第三反射面下方，其中傳遞至該至少一第二反射面的該另一部分第 一光束被該至少一第三反射面反射後，沿該第四方向通過對應的第三透鏡而被該第三透鏡匯聚至一光接收器。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的光收發模組，其中該具分光功能之集成式光學元件更包括：至少一第三透鏡，位於被該至少一第二反射面反射的該另一部分第一光束的傳遞路徑上，且被該至少一第二反射面反射的該另一部分第一光束沿該第二方向通過對應的第三透鏡而被該第三透鏡匯聚。
  18. 如申請專利範圍第11項所述的光收發模組，其中該至少一第一透鏡適於準直化該第一光束。
  19. 如申請專利範圍第11項所述的光收發模組，其中該至少一第二透鏡適於將該部分第一光束匯聚至與該具分光功能之集成式光學元件連接的至少一光纖中。
  20. 如申請專利範圍第11項所述的光收發模組，其中該具分光功能之集成式光學元件更包括：至少一光纖連接器，設置在該至少一第二鏡頭上。
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