TWI619980B - 透鏡陣列及具備它的光學模組 - Google Patents

透鏡陣列及具備它的光學模組 Download PDF

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Abstract

本發明之課題在於提供一種透鏡陣列及具備它的光學模組，該透鏡陣列能緩和透鏡面上的異物或傷痕對光學性能帶來的影響，繼而能緩和透鏡面的外觀基準，並且提升製品良率、達成成本降低。
其解決手段為：將第1透鏡面11或第2透鏡面12形成為面形狀，該面形狀係藉由使光之光束徑隨著從第1透鏡面11側朝向第2透鏡面12側而直徑擴大，而使第2透鏡面12上的光之光點直徑比第1透鏡面11上的光之光點直徑還大。

Description

透鏡陣列及具備它的光學模組
本發明係關於透鏡陣列及具備它的光學模組，特別是關於在將光電轉換元件與光傳送體光學結合時所適合之透鏡陣列及具備它的光學模組。
近年來，在系統裝置內或裝置間或光學模組間高速傳送訊號之技術，即所謂的光連接，被廣為應用。其中，光連接係指將光零件如電氣零件般使用，安裝於個人電腦、車輛或光收發器所用的母板或電路基板等之技術。
使用此種光連接的光學模組中，例如有媒體轉換器(Media Converter)或交換集線器(Switching Hub)之內部連接、光收發器、醫療機器、測試裝置、錄影系統、高速電腦叢集(Computer Cluster)等之裝置內或裝置間的零件連接等各種用途。
而且，作為適用於此種光學模組的光學零件，對於以精簡的構造實現多通道(Multichannel)之光學通訊者有用，因而於並列配置著複數個小直徑的透鏡之透鏡陣列(例如，參照專利文獻1)的需求與日俱增。
其中，習知以來於透鏡陣列安裝有具備複數個發光元件(例如，垂直共振腔面射型雷射(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser))或受光元件(例如光檢器(Photo Detector)的光電轉換裝置，並且安裝有作為光傳送體之複數個光纖。
而且，透鏡陣列係於如上述地配置於光電轉換裝置與複數個光纖之間的狀態下，使從光電轉換裝置的各發光元件所射出之光能光學結合於光纖的端面，藉以進行多通道之光傳送，或使從各光纖的端面所射出之光，能光學結合於各受光元件，藉以進行多通道之光接收。
其中，此種透鏡陣列係藉由安裝在搭載有作為光電轉換裝置的光電轉換元件(發光元件，受光元件)的電路基板(COB：Chip On Board)，而構成副組件(Sub Assembly)。
而且，此種副組件係藉由安裝有收容著MT連接器等光纖的光連接器，而構成全組件(Full Assembly)。此時，於構成主動式光纜(AOC(Active Optical Cable))之情形時，將光連接器安裝成不可卸除之狀態，另一方面，於構成光收發器之情形時，將光連接器安裝成可裝卸。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2004-198470號公報
然而，副組件狀態下的透鏡陣列，由於光電轉換裝置側的透鏡面係藉由副組件構造從外部被遮蔽，因此該透鏡面幾乎未有塵埃等異物附著或傷痕形成。相對於此，光纖 側的透鏡面由於未安裝光連接器而未從外部被遮蔽，因而安裝光連接器時等，容易產生異物附著或傷痕形成。
而且，透鏡陣列除了必須以小型構造實現多通道之光學通訊以外，各透鏡面的直徑尺寸被要求有一定的條件，因此無法避免異物或傷痕對透鏡面的面積佔有率自然地變高。
其結果，習知係因透鏡面上的異物或傷痕，而產生光電轉換元件與光纖之結合效率相對於設計值而顯著地惡化之問題。
因此，本發明係鑑於此種問題點，其目的在於提供一種透鏡陣列及具備它的光學模組，其能緩和透鏡面上的異物或傷痕對光學性能造成之影響，進而能緩和透鏡面的外觀基準，並且提升製品良率、達成成本降低。
為了達成前述目的，與本發明之方案1有關之透鏡陣列，其為配置在排列配置有複數個光電轉換元件的光電轉換裝置、及光傳送體之間，能將前述複數個光電轉換元件與前述光傳送體光學結合之透鏡陣列，其特徵在於具有：複數個第1透鏡面，其為以朝與前述複數個光電轉換元件對應的預定排列方向排列的方式而配置於透鏡陣列本體中的前述光電轉換裝置側的第1面，讓結合前述複數個光電轉換元件與前述光傳送體的各光電轉換元件每一個的光通過；及複數個第2透鏡面，其為以沿著前述排列方向排列的方式配置於前述透鏡陣列本體中的前述光傳送體 側的第2面，讓前述光通過；前述第1透鏡面或前述第2透鏡面形成為面形狀，該面形狀係藉由使前述光之光束徑隨著從前述第1透鏡面側朝向前述第2透鏡面側而直徑擴大，而使前述第2透鏡面上的前述光之光點直徑比前述第1透鏡面上的前述光之光點直徑還大。
而且，根據與該方案1有關之發明，能降低異物/傷痕對第2透鏡面上的光之光點的面積佔有率，因而於第2透鏡面被要求直徑尺寸之條件之下，能有效地緩和第2透鏡面上的異物/傷痕對結合效率造成之影響。
又，進一步，前述光電轉換元件為發光元件，前述第1透鏡面係形成為：使前述發光元件所射出的前述光藉由比準直器的情形還弱的折射力而會聚的凸透鏡面或平透鏡面、或者使前述發光元件的前述光發散的凹透鏡面。
而且，根據與該方案1有關之發明，於使來自發光元件的光與光傳送體結合的情形時，能確實地得從第1透鏡面側朝向第2透鏡面側而直徑擴大般之光束，因而能確實地緩和第2透鏡面上的異物/傷痕對於與光傳送體結合的光之結合效率造成之影響。
進一步，與方案2有關之透鏡陣列，其特徵在於：如方案1，進一步，前述第2面係與前述第1面正交配置之面，在前述第1透鏡面與前述第2透鏡面之間，配置有使從該等兩透鏡面的其中一側射入的前述光朝向另一側反射之反射面。
而且，根據與該方案2有關之發明，將從安裝在基板上的發光元件所射出之光(傳送光)，於光傳送體中從與基板平行的方向取出，或將光傳送體所射出之與基板平行的光(接收光)取入安裝在基板上的受光元件時之較佳構成中，能有效地緩和第2透鏡面上的異物/傷痕對結合效率造成之影響。
再進一步，與方案3有關之透鏡陣列其特徵在於：如方案2，進一步，前述光電轉換裝置係至少配置有1個用以接收監視光的受光元件者，該監視光係用以監視從作為前述光電轉換元件的複數個發光元件中之至少1者所發出的前述光，其具備：至少1者第3透鏡面，其為配置於前述第1面，使從前述透鏡陣列本體的內部側射入之前述監視光，朝向前述受光元件射出；及光控制部，其為配置於前述透鏡陣列本體中的前述反射面與前述第2透鏡面之間的光路上，其控制成：藉由前述反射面使朝向前述第2透鏡面側反射的各前述複數個發光元件的光射入，使該射入的各複數個發光元件的光，以預定的反射率反射且在前述第3透鏡面側行進，並且以預定的透射率透射且在前述第2透鏡面側行進，此時，使各前述複數個發光元件的光中之至少1者反射，作為前述監視光。
而且，根據與該方案3有關之發明，在發光元件的光輸出之調整之較佳構成中，能有效地緩和第2透鏡面上的異物/傷痕對結合效率造成之影響。
又，與方案4有關之透鏡陣列其特徵在於：如方案1，進一步，前述第2面係配置成與前述第1面相對向之面，前述第1透鏡面上的光軸與前述第2透鏡面上的光軸係配置在同一直線上。
而且，根據與該方案4有關之發明，在第1透鏡面的背面配置第2透鏡面之構成中，能有效地緩和第2透鏡面上的異物/傷痕對結合效率造成之影響。
進一步，與方案5有關之光學模組，其特徵在於具備：如方案1至4中任一項所記載之透鏡陣列4，及如方案1或3所記載之光電轉換裝置。
而且，根據與該方案5有關之發明，能緩和第2透鏡面上的異物/傷痕對於結合效率之影響。
根據本發明，能緩和透鏡面上的異物或傷痕對光學性能帶來之影響，繼而能緩和透鏡面的外觀基準，並且提升製品良率、達成成本降低。
1、21、31‧‧‧副組件
2、4、22、32‧‧‧透鏡陣列
2A、2B‧‧‧探測部
2a、34a、22a‧‧‧下端面
2a'、2b'、22a'、22c'、34a'、34c'‧‧‧透鏡形成面
2a"、2b"‧‧‧周邊部位
2b、34b、22b‧‧‧上端面
3‧‧‧光電轉換裝置
5‧‧‧光纖
5a‧‧‧端面
6‧‧‧半導體基板
7‧‧‧發光元件
8‧‧‧受光元件
10‧‧‧光連接器
11‧‧‧第1透鏡面
12‧‧‧第2透鏡面
13‧‧‧第3透鏡
14‧‧‧貫通孔
14'‧‧‧銷
22c、34c‧‧‧右端面
23‧‧‧反射面
34‧‧‧透鏡陣列本體
41‧‧‧凹部
41a‧‧‧左內側視
41b‧‧‧右內側視
41c‧‧‧內底面
42‧‧‧稜鏡
42a‧‧‧射入面
42b‧‧‧射出面
42c‧‧‧底面
43‧‧‧透射層
44‧‧‧填充材
45‧‧‧鍔部
La‧‧‧雷射光
M‧‧‧監視光
OA(1)、OA(2)、OA(3)‧‧‧光軸
P1、P2‧‧‧位置
圖1係顯示與本發明有關之透鏡陣列及具備它的光學模組的第1實施形態之概略構成圖。
圖2係圖1所示透鏡陣列之仰視圖。
圖3係圖1所示透鏡陣列之俯視圖。
圖4係顯示第1實施形態的第1變形例的透鏡陣列之縱剖面圖。
圖5係顯示第1實施形態的第2變形例的透鏡陣列之 縱剖面圖。
圖6係圖5之仰視圖。
圖7係顯示第1實施形態的第3變形例的透鏡陣列之縱剖面圖。
圖8係圖7之仰視圖。
圖9係圖7之俯視圖。
圖10係顯示第1實施形態的第4變形例的透鏡陣列之縱剖面圖。
圖11係顯示第1實施形態的第5變形例的透鏡陣列之縱剖面圖。
圖12係顯示與本發明有關之透鏡陣列及具備它的光學模組的第2實施形態之概略構成圖。
圖13係圖12所示透鏡陣列之仰視圖。
圖14係圖12所示透鏡陣列之右側視圖。
圖15係顯示第2實施形態的第1變形例的透鏡陣列之縱剖面圖。
圖16係顯示第2實施形態的第2變形例的透鏡陣列之縱剖面圖。
圖17係圖16之仰視圖。
圖18係顯示第2實施形態的第3變形例的透鏡陣列之縱剖面圖。
圖19係圖18之仰視圖。
圖20係圖18之右側視圖。
圖21係顯示第2實施形態的第4變形例的透鏡陣列之 縱剖面圖。
圖22係顯示第2實施形態的第5變形例的透鏡陣列之縱剖面圖。
圖23係顯示與本發明有關之透鏡陣列及具備它的光學模組的第3實施形態之概略構成圖。
圖24係圖23所示透鏡陣列之仰視圖。
圖25係圖23所示透鏡陣列之右側視圖。
圖26係光控制部之放大縱剖面圖。
圖27係用以說明實施例1的模擬之說明圖。
圖28係顯示實施例1的模擬結果之結合效率特性曲線圖。
圖29係顯示實施例1的模擬結果之透射率特性曲線圖。
圖30係用以說明實施例2的模擬之說明圖。
圖31係顯示實施例2的模擬結果之結合效率特性曲線圖。
圖32係顯示實施例2的模擬結果之透射率特性曲線圖。
(第1實施形態)
以下，參照圖1至圖11說明關於本發明之透鏡陣列及具備它的光學模組之第1實施形態。
圖1係同時顯示本實施形態中作為光學模組的副組件1之概要，與本實施形態中的透鏡陣列2的縱剖面圖之 概略構成圖。又，圖2係圖1所示透鏡陣列2的仰視圖。此外，圖3係圖1所示透鏡陣列2的俯視圖。
如圖1所示，本實施形態中的透鏡陣列2係配置在光電轉換裝置3與光纖5之間。
其中，光電轉換裝置3具有複數個發光元件7，其為在半導體基板6面臨透鏡陣列2之面，對此面射出(發光)朝垂直方向(圖1中的上方)的雷射光La，該等發光元件7構成前述VCSEL(垂直共振腔面射型雷射)。此外，於圖1中，各發光元件7係沿著圖1中的紙面垂直方向排列配置。例如於使半導體基板6抵接在透鏡陣列2的狀態下，使此種光電轉換裝置3相對於透鏡陣列2相對向配置。而且，該光電轉換裝置3係例如，藉由夾鉗彈簧(Clamp Spring)等未圖示的公知之固定手段而安裝於透鏡陣列2，與透鏡陣列2同時構成副組件1。
又，本實施形態中的光纖5係與發光元件7配設的數量相同，沿著圖1中的紙面垂直方向，與發光元件7以同一間距排列配置。各光纖5係設定為彼此相同尺寸之例如多模式方式的光纖5，並且其端面5a側之部位保持在前述MT連接器等多芯一束型的光連接器10內。例如於使光連接器10中的透鏡陣列2側的端面抵接於透鏡陣列2之狀態下，將此種光纖5藉由未圖示的公知之固定手段(例如，夾鉗彈簧等)安裝於透鏡陣列2。
而且，透鏡陣列2係於配置在此種光電轉換裝置3與光纖5之間的狀態下，將各發光元件7與各光纖5的端面5a光學結合。
進一步詳述該透鏡陣列2，如圖1所示，透鏡陣列2(透鏡陣列本體)係由透光性材料(例如，聚醚醯亞胺等樹脂材料)將外形形成為大致平板狀。
此種透鏡陣列2的下端面2a係作為安裝有光電轉換裝置3之第1面而發揮作用，如圖1及圖2所示，該下端面2a形成有與發光元件7的數量相同的複數(12個)個平面圓形狀的第1透鏡面11。其中，如圖1及圖2所示，下端面2a係形成為凹入平面，該凹入平面為中央側之預定範圍的平面大致矩形狀之部位2a'隔著探測部2A而較周邊部位2a"凹入於上方(以下，稱為透鏡形成面2a')，複數個第1透鏡面11係形成在此種透鏡形成面2a'上。然而，透鏡形成面2a'相對於周邊的部位2a"形成為平行。又，各第1透鏡面11係配置成在與發光元件7對應的預定的排列方向(圖1中的紙面垂直方向、圖2中的縱方向)形成排列。進一步，各第1透鏡面11形成為彼此相同尺寸，並且，以與發光元件7同一間距形成。此外，於排列方向相互鄰接位置(Adjacent Position)的第1透鏡面11彼此，亦可形成為使各個周端部相互地接觸之鄰接狀態。又，如圖1所示，較理想為各第1透鏡面11上的光軸OA(1)與各第1透鏡面11分別對應的各發光元件7所射出的雷 射光La的中心軸一致。更佳為各第1透鏡面11上的光軸OA(1)係對下端面2a形成為垂直。
另一方面，與下端面2a相對向之透鏡陣列2的上端面2b係作為安裝有複數個光纖之第2面而發揮作用，如圖1及圖3所示，該上端面2b形成有與第1透鏡面11的數量相同的平面圓形狀的複數個第2透鏡面12。其中，如圖1及圖3所示，上端面2b係形成為凹入平面，該凹入平面為中央側之預定範圍的平面大致矩形狀之部位2b'對於包圍該部位2b'的周邊側之部位2b"，隔著探測部2B而凹入於圖1中的下方(以下，稱為透鏡形成面2b')，複數個第2透鏡面12係形成在此種透鏡形成面2b'上。然而，透鏡形成面2b'相對於周邊部位2b"形成為平行。又，各第2透鏡面12係配置成在與各光纖5的端面5a的排列方向，亦即與第1透鏡面11的排列方向之相同方向形成排列。此外，各第2透鏡面12係形成為彼此相同尺寸，並且，以與第1透鏡面11同一間距形成。此外，於排列方向，相互鄰接位置的第2透鏡面12彼此，亦可形成為使各個周端部相互地接觸之鄰接狀態。又，較理想為各第2透鏡面12上的光軸OA(2)與各第2透鏡面12所對應的各光纖5的端面5a的中心軸，位於同軸上。更佳為各第2透鏡面12上的光軸OA(2)係對上端面2b形成為垂直。此外，各第2透鏡面12上的光軸OA(2)，與各第2透鏡面12所對應的各第1透鏡面11上的光軸OA(1)配置於同一直線上。
而且，於本實施形態中，各第1透鏡面11係形成為面形狀，該面形狀係藉由使雷射光La的光束徑隨著從第1透鏡面11側朝向第2透鏡面12側而直徑擴大，而使第2透鏡面12上的雷射光La的光點直徑(雷射光La的投影區域的外周端之直徑，以下為相同)比第1透鏡面11上的雷射光La的光點直徑還大。具體而言，各第1透鏡面11係形成為折射力比準直器透鏡面還弱(換言之，曲率半徑較大)的凸透鏡面。凸透鏡面亦可為球面或亦可為非球面。然而，各第1透鏡面11的面形狀被設計成使各第2透鏡面12上的雷射光La的光點(投影區域)能收納於各第2透鏡面12的有效直徑(effective diameter)內之面形狀。關於此種面形狀的設計上，不僅是第2透鏡面12的有效直徑，當然亦可加入第1透鏡面11與第2透鏡面12之間的距離(透鏡厚)、發光元件7與第1透鏡面11的距離、及從發光元件7射出的雷射光La的光束發散角(換言之，NA)等。
如圖1所示，在此種各第1透鏡面11，射入各第1透鏡面11所分別對應的各發光元件7每一個所射出的雷射光La。而且，各第1透鏡面11係使射入的各發光元件7每一個的雷射光La朝透鏡陣列2的內部行進。此時，各發光元件7每一個的雷射光La係按照各第1透鏡面11的面形狀，藉由比準直器的情形還弱的折射力而會聚。藉此，各發光元件7每一個的雷射光La，係使光束徑隨著從第1透鏡面11側朝向第2透鏡面12側而直徑擴大。
另一方面，各第2透鏡面12形成為球面或非球面的凸透鏡面，如圖1所示，在此種各第2透鏡面12，分別射入藉由與各第2透鏡面12對應的各第1透鏡面11所會聚的各發光元件7每一個的雷射光La。此時，各第2透鏡面12上的雷射光La的光點直徑係變成比各第1透鏡面11上的雷射光La的光點直徑還大。而且，各第2透鏡面12係使射入的各發光元件7每一個的雷射光La會聚而朝向與各第2透鏡面12對應的各光纖5的端面5a分別射出。
如此一來，各發光元件7與各光纖5的端面5a透過第1透鏡面11及第2透鏡面而光學結合。
根據此種構成，在第1透鏡面11的背面配置第2透鏡面12之構造中，能減少異物/傷痕對第2透鏡面12上的光之光點的面積佔有率。藉此，於各第2透鏡面12被要求直徑尺寸之條件之中，能有效地緩和第2透鏡面12上的異物/傷痕對於結合效率之影響。
其他尚有如圖2所示，於透鏡面11相對於下端面2a的周邊部位2a"中的透鏡形成面2a'之排列方向的兩外側位置，穿設有貫通下端面2a與上端面2b的一對貫通孔14。該等貫通孔14係藉由插入分別配設於光電轉換裝置3及連接器10的未圖示之銷，用於安裝光電轉換裝置3及光纖5時的機械式定位。然而，當然也可以設置銷代替貫通孔14，將光電轉換裝置3側及連接器10側作為貫通孔或有底穴。
此外，於本實施形態中，對如圖1至圖3所示之基本構成，可適用以下所示之各種變形例。
(第1變形例)
例如，如圖4所示，亦可將各第1透鏡面11形成為球面或非球面之凹透鏡面。於此情形時，射入於各第1透鏡面11的各發光元件7每一個的雷射光La，係藉由各第1透鏡面11而發散，使得光束徑隨著朝向各第2透鏡面12側而直徑擴大。因此，本變形例亦與基本構成相同能將各第2透鏡面12上的雷射光La的光點直徑，形成比各第1透鏡面11上的雷射光La的光點直徑還大，因此能有效地緩和第2透鏡面12上的異物/傷痕對於結合效率之影響。
(第2變形例)
又，如圖5的縱剖面圖及圖6的仰視圖所示，亦可將各第1透鏡面11形成為平透鏡面。此外，於此情形時，各第1透鏡面11於外觀上有時無法區別，但設計上係根據各個區域(圖6之虛線部)明確地區別。
於本變形例之情形，射入於各第1透鏡面11的各發光元件7每一個的雷射光La，係按照各第1透鏡面11而藉由比準直器的情形還弱的折射力而會聚，藉以使光束徑隨著朝向各第2透鏡面12側而直徑擴大。因此，於本變形例中，亦能達成與基本構成相同的作用效果。
(第3變形例)
又，如圖7的縱剖面圖、圖8的仰視圖及圖9的俯視圖所示，相對於基本構成，亦可增加第1透鏡面11及第2透鏡面12之數量。具體而言，本變形例係藉由將第1透鏡面11及第2透鏡面12，分別配置12個×2列的方式，實現24ch之光學通訊。
(第4變形例)
此外，如圖10所示，相對於第1變形例，亦可將第1透鏡面11及第2透鏡面12之數量增加至12個×2列(24個)。
(第5變形例)
再者，如圖11所示，相對於第2變形例，亦可將第1透鏡面11及第2透鏡面12之數量增加至12個×2列。
(第2實施形態)
其次，參照圖12至圖22說明關於本發明之透鏡陣列及具備它的光學模組之第2實施形態。
此外，關於與第1實施形態之基本構成相同或與其類似之部位，使用同一符號進行說明。
圖12係同時顯示本實施形態中的副組件21之概要，與本實施形態中的透鏡陣列22之縱剖面圖之概略構成圖。又，圖13係圖12所示透鏡陣列22之仰視圖。再者，圖14係圖12所示透鏡陣列22之右側視圖。
如圖12所示，本實施形態中的透鏡陣列22係與第1實施形態相同，被配置於光電轉換裝置3與光纖5之間， 又，光電轉換裝置3及光纖5之基本構成係與第1實施形態相同。
然而，本實施形態中的副組件21係以將從安裝在基板6上的發光元件7所射出之雷射光La，於光纖5的端面5a中從與基板6平行之方向取出之方式構成。
具體的構成如下述。
亦即，如圖12所示，透鏡陣列22(透鏡陣列本體)係由透光性材料(例如，聚醚醯亞胺等樹脂材料)形成外形為大致長方體形狀。
此種透鏡陣列22的下端面22a係作為安裝有光電轉換裝置3之第1面而發揮作用，如圖12及圖13所示，於該下端面22a，沿著發光元件7排列配置有與發光元件7的數量相同的複數(12個)個平面圓形狀之第1透鏡面11。此外，與第1實施形態相同，第1透鏡面11係形成在下端面22a的中央側之預定範圍的凹入平面亦即透鏡形成面22a'上。
另一方面，於本實施形態中，對下端面22a正交配置的透鏡陣列22之右端面22c，係作為安裝有複數個光纖5之第2面而發揮作用。亦即，如圖12及圖14所示，於右端面22c，形成有與第1透鏡面11的數量相同的平面圓形狀的複數個第2透鏡面12。此外，與第1實施形態相同，第2透鏡面12係形成在右端面22c的中央側之預定範圍的凹入平面亦即透鏡形成面22c'上。
進一步，如圖12所示，於透鏡陣列22的上端面22b，凹入形成有反射面23，其為由對下端面22a及右端面22c具有預定的傾斜角的傾斜平面所構成。此外，反射面23的傾斜角對下端面22a及右端面22c之任一面亦可為45°。
而且，與第1實施形態的基本構成相同，各第1透鏡面11係形成為凸透鏡面，其為藉由使雷射光La的光束徑隨著從第1透鏡面11側朝向第2透鏡面12側而直徑擴大，而使第2透鏡面12上的雷射光La的光點直徑，比第1透鏡面11上的雷射光La的光點直徑還大。
如上所述之本實施形態之構成中，如圖12所示，從各發光元件7朝向上方射出的各發光元件7每一個的雷射光La，係射入於各第1透鏡面11，根據各第1透鏡面11的面形狀，藉由比準直器的情形還弱的折射力而會聚。藉此，各發光元件7每一個的雷射光La，係使光束徑隨著從第1透鏡面11側朝向第2透鏡面12側而直徑擴大，除了以較大的光點直徑投影在各第2透鏡面12的有效直徑內以外，還從各第2透鏡面12朝向各光纖5的端面5a射出。於此過程中，如圖12所示，藉由各第1透鏡面11所會聚的各發光元件7每一個的雷射光La從下方以較臨界角大的射入角射入反射面23。而且，所射入的各發光元件7每一個的雷射光La係藉由反射面23朝向各第2透鏡面12全反射。
根據本實施形態，將從安裝在基板6上的發光元件7所射出的雷射光La，於光纖5的端面5a中從與基板6平 行的方向取出時較佳之構成中，能有效地緩和第2透鏡面12上的異物/傷痕對於結合效率之影響。
此外，於本實施形態中，為了光纖5的機械性定位，如圖12至圖14所示，於右端面22c上豎立設置有銷14'。該銷14'藉由插入於設置在連接器10側的未圖示之貫通孔或有底穴，用於光纖5的定位。
此外，與第1實施形態相同，本實施形態亦可對如圖12至圖14所示之基本構成，可適用以下所示之各種變形例。
(第1變形例)
例如，如圖15所示，亦可將各第1透鏡面11形成為球面或非球面的凹透鏡面。
(第2變形例)
又，如圖16的縱剖面圖及圖17的仰視圖所示，亦可將各第1透鏡面11形成為平透鏡面。
(第3變形例)
進一步，如圖18的縱剖面圖、圖19的仰視圖及圖20的右側視圖所示，相對於基本構成，亦可將第1透鏡面11及第2透鏡面12的數量增加為12個×2列(24個)。
(第4變形例)
再進一步，如圖21所示，相對於第1變形例，亦可將第1透鏡面11及第2透鏡面12的數量增加為12個×2列。
(第5變形例)
又，如圖22所示，相對於第2變形例，亦可將第1透鏡面11及第2透鏡面12的數量增加為12個×2列。
(第3實施形態)
其次，參照圖23至圖26說明關於本發明之透鏡陣列及具備它的光學模組之第3實施形態。
此外，關於與第1實施形態之基本構成相同或與其類似之處，使用同一符號進行說明。
圖23係同時顯示本實施形態中的副組件31之概要，與本實施形態中的透鏡陣列32的縱剖面圖之概略構成圖。又，圖24係圖23所示透鏡陣列32的仰視圖。進一步，圖25係圖23所示透鏡陣列32的右側視圖。
如圖23所示，本實施形態中的透鏡陣列32係與第1實施形態及第2實施形態相同，配置於光電轉換裝置3與光纖5之間，又，光纖5的基本構成係與第1實施形態及第2實施形態相同。
又，本實施形態中的副組件31係與第2實施形態相同，以將從安裝於基板6上的發光元件7所射出的雷射光La，於光纖5的端面5a中從與基板6平行的方向取出之方式構成。
然而，本實施形態中的副組件31係與第1實施形態及第2實施形態相異，構成為可將從發光元件7所射出的雷射光La的一部分反饋而調整雷射光La之輸出(例如，強度或光量)。
具體的構成如下所述。
亦即，如圖23所示，光電轉換裝置3係於半導體基板6中的透鏡陣列32側的面上，具有複數個受光元件8，該複數個受光元件8係相對於發光元件7位於圖23中的右方位置，接收用以監視從發光元件7所射出的雷射光La之輸出的監視光M之發光元件7，該受光元件8與發光元件的數量相同。該受光元件8也可以是光檢器。再者，半導體基板6中的透鏡陣列32側的面上，安裝有未圖示之控制電路等電子零件，根據受光元件8所接收的監視光M之強度或光量，控制從發光元件7所發射的雷射光La之輸出，該電子零件係經由配線將發光元件7及受光元件8電連接。
又，如圖23所示，透鏡陣列32具有由透光性材料所構成的透鏡陣列本體34，該透鏡陣列本體34之外形形成為大致長方體形狀。
如圖23及圖24所示，透鏡陣列本體34係於安裝有作為第1面的光電轉換裝置3之下端面34a，具有與發光元件7的數量相同的複數(12個)個平面圓形狀之第1透鏡面11。此外，與第1實施形態相同，第1透鏡面11係沿著發光元件7排列形成於下端面34a的中央側之預定範圍的凹入平面亦即透鏡形成面34a'上。
又，如圖23及圖25所示，透鏡陣列本體34係於作為其第2面之安裝有光纖5的圖1之右端面34c，具有與第1透鏡面11的數量相同的複數個第2透鏡面12。此外，與第1實施形態相同，第2透鏡面12係排列形成於右端 面34c的中央側之預定範圍的凹入平面亦即透鏡形成面34c'上。
進一步，如圖23所示，於透鏡陣列本體34的上端面34b，與第1實施形態相同，凹入形成有由對下端面34a及右端面34c具有預定的傾斜角之傾斜平面所構成的反射面23。此外，反射面23的傾斜角對下端面34a及右端面34c之任一面亦可為45°。
再進一步，如圖23及圖24所示，在相對於下端面34a的透鏡形成面34a'上的第1透鏡面11之右方附近位置，形成有與受光元件8的數量相同(於本實施形態中，發光元件7、光纖5、第1透鏡面11及第2透鏡面12為相同數量)的第3透鏡面13。各第3透鏡面13係以與受光元件8對應的預定的排列方向，亦即與透鏡排列方向之相同方向形成排列之方式配置。又，各第3透鏡面13係與各受光元件8以同一間距形成。此外，較理想為各第3透鏡面13上的光軸OA(3)係與各第3透鏡面13分別對應的各受光元件8的受光面之中心軸一致。
又，如圖23所示，反射面23與第2透鏡面12之間的光路上配置有光控制部4。
該光控制部4係相對於透鏡陣列本體34的上端面34b中的全反射面23之右方位置，由凹入形成在與各第3透鏡面13相對向之位置的稜鏡配置用凹部41、配置於該凹部41內的稜鏡42、配置於該稜鏡42上的反射/透射層43、及填充於凹部41與稜鏡42之間的填充材44所構成。
更具體而言，如圖23所示，稜鏡配置用凹部41中的左右之內側面41a、41b係與右端面34c的透鏡形成面34c'形成為平行。
又，如圖23所示，稜鏡42係於稜鏡配置用凹部41的左內側面41a從右方面臨之位置，具有各發光元件7每一個的雷射光La的射入面42a。如圖23所示，該射入面42a形成在其下端部比其上端部位於右側般的傾斜面。此外，較理想為射入面42a的傾斜角係以下端面34a為基準，為圖23之順時鐘轉動的45°。進一步，如圖23所示，稜鏡42係於射入面42a之右方相對向的位置，具有各發光元件7每一個的雷射光La的射出面42b。如圖23所示，該射出面42b係以預定的間隙，平行地面臨稜鏡配置用凹部41的右內側面41b。然而，比稜鏡42右端面之中的射出面42b更上方之部位，亦可密接配置於稜鏡配置用凹部41的右內側面41b。再進一步，如圖23所示，於稜鏡42的上部一體形成有板狀的鍔部45，但該鍔部45係為了方便小型的稜鏡42之處理(配置到稜鏡配置用凹部41內)或防止異物(塵埃等)混入稜鏡配置用凹部41內等而設置。又，如圖23所示，連接於射入面42a的下端部與射出面42b的下端部之間的稜鏡42的底面42c，係配置在比稜鏡配置用凹部41的內底面41c還上方之位置。
進一步，如圖23所示，前述反射/透射層43係配置在稜鏡42的射入面42a上。該反射/透射層43亦可由Ni、Cr或Al等單一金屬所構成的單層膜而形成，又，亦可由 交互(Alternate)地積層有彼此介電率相異的複數個介電體(例如，TiO2與SiO2)之介電體多層膜形成。進一步，反射/透射層43亦可藉由將前述金屬單層膜或介電體多層膜塗布於射入面42a上而形成。塗布時可使用鎳鉻鎳合金(Inconel)蒸鍍等公知的塗布技術。如此一來，能將反射/透射層43形成為極薄(例如，1μm以下)。
再進一步，如圖23所示，前述填充材44係以將稜鏡配置用凹部41的左內側面41a與反射/透射層43之間的空間，及稜鏡配置用凹部41的右內側面41b與稜鏡42的射出面42b之間的空間無間隙地填埋之方式填充。又，填充材44係由作為紫外線硬化樹脂的丙烯酸酯系接著劑或環氧系接著劑等接著劑所構成，將稜鏡42穩定地接著在稜鏡配置用凹部41內。
又，透鏡陣列本體34、稜鏡42及填充材44係彼此的折射率差形成於預定值(例如0.05)以下。例如，於藉由作為聚醚醯亞胺之SABIC公司製Ultem(註冊商標)形成透鏡陣列本體34與稜鏡42之情形時，透鏡陣列本體34及稜鏡42的折射率，對波長850nm的光為1.64。而且，作為與其對應的填充材44，例如可使用三菱氣體化學公司製LPC1101。該製品係以折射率及阿貝數(Abbe Number)對製造商公佈值的d線為基準，計算出的波長850nm之光的折射率為1.66。
進一步，與第1實施形態的基本構成相同，各第1透鏡面11形成為凸透鏡面，該凸透鏡面係藉由使雷射光 La的光束徑隨著從第1透鏡面11側朝向第2透鏡面12側而直徑擴大，而使第2透鏡面12上的雷射光La的光點直徑，比第1透鏡面11上的雷射光La的光點直徑還大。
如上所述之本實施形態之構成中，如圖23所示，首先，從各發光元件7朝向上方射出的各發光元件7每一個的雷射光La，係射入於各第1透鏡面11，根據各第1透鏡面11的面形狀，藉由比準直器的情形還弱的折射力而會聚。藉此，各發光元件7每一個的雷射光La，係使光束徑隨著從第1透鏡面11側朝向行進方向而直徑擴大。
其次，藉由各第1透鏡面11所會聚的各發光元件7每一個的雷射光La，係以比臨界角還大的射入角射入反射面23。而且，反射面23係將射入的各發光元件7每一個的雷射光La，朝向光控制部4全反射。
其次，藉由反射面23所全反射的各發光元件7每一個的雷射光La，係使光束徑隨著朝向行進方向而直徑擴大，並且射入於光控制部4。此時，如圖26所示，由於透鏡陣列本體34與填充材44的折射率差較小，於射入稜鏡配置用凹部41中的左內側面41a與填充材44之界面時，雷射光La不會產生折射。
其次，在填充材44的內部行進之各發光元件7每一個的雷射光La，係使光束徑隨著朝向行進方向而直徑擴大，並且射入於反射/透射層43。而且，反射/透射層43係使如上述所射入之各發光元件7每一個的雷射光La，以預定的反射率在第3透鏡面13側反射，並且以預定的 透射率透射稜鏡42的射入面42a側。此外，作為反射/透射層43的反射率及透射率，係於能得到被認為足夠用以監視雷射光La之輸出的光量之監視光M的限度下，可設定與反射/透射層43的材質及厚度等相應的所欲之值。而且，於此種反射或透射時，如圖23所示，反射/透射層43係使射入於反射/透射層43的各發光元件7每一個的雷射光La各自的一部分(反射率份的光)，朝向與各監視光M對應的各第3透鏡面13側反射，作為與各發光元件7分別相對應的各發光元件7每一個的監視光M。
而且，如此一來藉由反射/透射層43所反射的各發光元件7每一個的監視光M，係朝向各第3透鏡面13側在填充材44的內部行進後，射入於稜鏡配置用凹部41的內底面41c。而且，射入於內底面41c的各發光元件7每一個的監視光M，係於透鏡陣列本體34的內部行進後，從各第3透鏡面13朝向與該等對應的各受光元件8分別射出。
另一方面，藉由反射/透射層43所透射的各發光元件7每一個的雷射光La，係於透射後立即射入於稜鏡42的射入面42a，在稜鏡42內部的光路上，朝向各第2透鏡面12側行進，並且使光束徑隨著朝向行進方向而直徑擴大。
此時，藉由反射/透射層43的厚度極薄，使各發光元件7每一個的雷射光La透射反射/透射層43時的折射，小至可以忽視。
其次，在稜鏡42內部行進的各發光元件7每一個的雷射光La，係從稜鏡42的射出面42b射出至稜鏡42的外部，經過填充材44之後，射入於稜鏡配置用凹部41的右內側面41b。此時，如圖26所示，由於稜鏡42、填充材44及透鏡陣列本體34的折射率差較小，於各發光元件7每一個的雷射光La不會產生折射及菲涅耳反射。
其次，各發光元件7每一個的雷射光La係於右內側面41b以後的透鏡陣列本體34的內部之光路上，朝向各第2透鏡面12側行進，並且使光束徑隨著朝向行進方向而直徑擴大。
而且，各發光元件7每一個的雷射光La除了以較大的光點直徑投影在各第2透鏡面12的有效直徑內以外，還從各第2透鏡面12朝向各光纖5的端面5a射出。
根據本實施形態，於發光元件7的雷射光La之輸出的調整時較佳之構成中，能有效地緩和第2透鏡面12上的異物/傷痕對於結合效率之影響。
此外，適用於第1實施形態及第2實施形態的各變形例，亦可適當應用於本實施形態中。
[實施例1]
其次，於本實施例中，一邊使第1透鏡面11的曲率半徑(中心曲率半徑)R變化，一邊模擬第2透鏡面12上的異物對VCSEL-光纖間的結合效率之影響。
此外，於本模擬中，使用如第1實施形態所示之第1透鏡面11的背面配置有第2透鏡面12之型態的透鏡陣列。
又，VCSEL為φ 0.01mm、NA0.15(然而，光束徑為強度降低至最大強度的1/e2之周緣部之直徑)、使用波長850nm者，光纖5為φ 0.05mm、NA0.20者。
再者，VCSEL與第1透鏡面11的距離為0.14mm。
再進一步，於本模擬中，如圖27所示，在從第2透鏡面12的中心(x=0.00mm、y=0.00mm)至0.015mm的位置P1(x=0.00mm、y=0.015mm)，假設有大小為φ 0.02mm之異物。
又，光纖5側的散焦(Defocus)位置，係於無異物之狀況下，係結合效率最佳之位置。
於此種條件下進行的本模擬之結果，顯示於以下表1、圖28及圖29。
然而，於圖28中，横軸為第1透鏡面11的曲率半徑R，縱軸為結合效率。又，於圖29中，横軸為第1透鏡面11的曲率半徑R，縱軸為透射率。
如表1、圖28及圖29所示，於第1透鏡面11的曲率半徑為0.08mm之情形，藉由第1透鏡面11所得之光束為超出本發明之範疇的準直光(Collimated Light)，第2透鏡面12中的雷射光La的透射率及雷射光La對光纖5的結合效率，相較於無異物之情形，為模擬中最差之值。推測其為於準直光中，異物對第2透鏡面12上的光之光點的面積佔有率變高所致。
另一方面，於曲率半徑為0.10mm、0.12mm、0.14mm之情形時，藉由第1透鏡面11所得之光束比準直光還分散(Spread)之會聚光，亦即本發明中所意圖之光，第2透鏡面12的雷射光La的透射率及雷射光La對光纖5的結合效率，比準直光的情形還高(與無異物之情形相比之惡化較少)。特別是在曲率半徑0.14mm之情形時，透射率及結合效率為最高值。推測其為藉由得到比準直光還分散之會聚光，而能充分降低異物對第2透鏡面12上的光之光點的面積佔有率所致。
[實施例2]
其次，於本實施例中，對具備第2實施形態所示之反射面23之型態的透鏡陣列，進行與實施例1相同的模擬。
此外，於本模擬中，VCSEL與第1透鏡面11之距離設為0.28mm。
又，於本模擬中，如圖30所示，在從第2透鏡面12的中心(x=0.00mm、y=0.00mm)至0.03mm之位置P2(x=0.00mm、y=0.03mm)，假設有大小為φ 0.04mm之異物。
其他的模擬條件係與實施例1相同。
本模擬結果顯示於以下表2、圖31及圖32。
如表2、圖31及圖32所示，於第1透鏡面11的曲率半徑為0.17mm之情形時，藉由第1透鏡面11所得之光束超出本發明之範疇的準直光，第2透鏡面12中的雷射光La的透射率及雷射光La對光纖5的結合效率為模擬中最低值。
另一方面，於曲率半徑為0.19mm、0.21mm、0.23mm之情形時，藉由第1透鏡面11所得之光束係比準直光還分散之會聚光，亦即本發明中所意圖之光，第2透鏡面12的雷射光La的透射率及雷射光La對光纖5的結合效率，比準直光的情形還高。
於適用第3實施形態的透鏡陣列之情形時，推測同樣有此種傾向。
此外，本發明不限定於前述實施形態，於無損本發明之特徵之限度內，可做各種變更。
例如，前述實施形態係適用在光學通訊之光傳送，但本發明亦能有效地適用在光接收。於適用在光接收之情形時，亦可以在發光元件7之適當位置，取代發光元件7而配置光檢器等受光元件，且從光纖5的端面5a朝向第2透鏡面12射出接收用的雷射光之方式構成。又，於此情形時，係將第2透鏡面12形成為凸透鏡面，使從光纖5的端面5a所射出的雷射光，以較準直器的情形還強的折射力會聚。如此一來，於光接收之情形時，亦能使第2透鏡面12上的光之光點直徑比第1透鏡面11上的光之光點直徑還大，而減少異物/傷痕對第2透鏡面12上的光之光點的面積佔有率，因而能緩和異物/傷痕對受光元件之結合效率之影響。
又，本發明亦可適用在光波導路等光纖5以外的光傳送體。

Claims (5)

  1. 一種透鏡陣列，其為配置在排列配置有由複數個發光元件所構成的光電轉換元件的光電轉換裝置、與光傳送體之間，能將前述複數個光電轉換元件與前述光傳送體光學結合，且該透鏡陣列係具有：複數個第1透鏡面，其為以朝與前述複數個光電轉換元件對應的預定排列方向排列的方式而配置於透鏡陣列本體中的前述光電轉換裝置側的第1面，讓結合前述複數個光電轉換元件和前述光傳送體的各光電轉換元件每一個的光通過；及複數個第2透鏡面，其為以沿著前述排列方向排列的方式配置於前述透鏡陣列本體中的前述光傳送體側的第2面，讓前述光通過；前述第1透鏡面形成為面形狀，該面形狀係藉由使前述光之光束徑隨著從前述第1透鏡面側朝向前述第2透鏡面側而直徑擴大，而使前述第2透鏡面上的前述光之光點直徑能收納於比前述第1透鏡面上的前述光之光點直徑還大的有效直徑內；前述第1透鏡面係形成為：使前述發光元件所射出的前述光藉由比準直器的情形還弱的折射力而會聚的凸透鏡面。
  2. 如請求項1所記載之透鏡陣列，其中前述第2面係配置成與前述第1面正交之面；在前述第1透鏡面與前述第2透鏡面之間，配置有 使從前述第1透鏡面與前述第2透鏡面這兩個透鏡面的一側射入的前述光朝向另一側反射之反射面。
  3. 如請求項2所述之透鏡陣列，其中前述光電轉換裝置係至少配置有1個用以接收監視光的受光元件，該監視光係用以監視從作為前述光電轉換元件的複數個發光元件中之至少1者所發出的前述光；前述透鏡陣列係具備：至少1個第3透鏡面，其為配置於前述第1面，使從前述透鏡陣列本體的內部側射入之前述監視光朝向前述受光元件射出；及光控制部，其為配置於前述透鏡陣列本體中的前述反射面與前述第2透鏡面之間的光路上，並控制成：藉由前述反射面使朝向前述第2透鏡面側反射的各前述複數個發光元件的光射入，使該射入的各複數個發光元件的光以預定的反射率反射且在前述第3透鏡面側行進，並且以預定的透射率透射且在前述第2透鏡面側行進，此時，使各前述複數個發光元件的光中之至少1者反射作為前述監視光。
  4. 如請求項1所記載之透鏡陣列，其中前述第2面係配置成與前述第1面相對向之面；前述第1透鏡面上的光軸與前述第2透鏡面上的光軸係配置在同一直線上。
  5. 一種光學模組，其特徵在於具備：如請求項1至4中任一項所記載之透鏡陣列；及 如請求項1或3所記載之光電轉換裝置。
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