TWI744055B - 接收模組 - Google Patents

Abstract

一種接收模組，包括一光纖、一準直透鏡、一聚光透鏡以及一光接收元件。光纖用於傳遞一光束。準直透鏡用於準直該光束。聚光透鏡用於匯聚該光束。光接收元件包括一感測器以及一透鏡，該透鏡設置於該感測器上，該透鏡與該感測器相互連結，該感測器包括一光敏區。該聚光透鏡與該光接收元件相對設置，該光束的行進路徑依序經由該光纖、該準直透鏡、該聚光透鏡、該透鏡再入射至該感測器。

Description

接收模組

本發明係有關於一種接收模組，特別是有關於一種容許較大的組裝公差以利提升生產效率及產品良率的光通訊接收模組。

請參閱第1圖，第1圖係習知接收模組的架構示意圖。習知接收模組100沿光路依序包括一光纖110、一準直透鏡120、一分光元件130、一反射部件(設於塑膠載具140中)、一聚光透鏡150(設於塑膠載具140前端)、一光接收元件160以及一電路板170。

操作時，光發射端(未圖示)所發射的光訊號藉由光纖110傳送，經準直透鏡120成為平行光，而分光元件130用以擷取(Drop)特定波長光，因此在通過分光元件130時，僅特定波長光能夠通過分光元件130，其餘波長光(為雜訊)無法通過，接著光被反射部件(設於塑膠載具140中)所反射，再經由聚光透鏡150而匯聚於光接收元件160。光接收元件160設置在電路板170上，用於將接收到的光訊號轉換成電訊號。

為避免光接收元件160表面反射光而沿原路徑回到光發射端，故將聚光透鏡150傾斜一角度θ設置在塑膠載具140前端，以減少接收到的反射光。然而此種傾斜設置方式，在組裝階段將塑膠載具140與電路板170黏合時，考慮到溫度變化時塑膠材料比電路板有更大膨脹量，造成聚光透鏡150與光接收元件160產生相對橫向位移，因此組裝公差X需控制在5μm以 下，以確保接收模組100在溫度範圍0℃~70℃內正常運作，然而5μm公差在組裝方面有一定的難度，將使生產速度受到限制，另外此種傾斜設計無法相容於現行市場上逐漸受到重視之更高速的產品，致使產品的擴充性與未來性大幅降低。

為解決以上問題，本發明提供一種接收模組，包括一光纖、一準直透鏡、一聚光透鏡以及一光接收元件。光纖用於傳遞一光束。準直透鏡用於準直該光束。聚光透鏡用於匯聚該光束。光接收元件包括一感測器以及一透鏡，該透鏡設置於該感測器上，該透鏡與該感測器相互連結，該感測器包括一光敏區。該聚光透鏡與該光接收元件相對設置，該光束的行進路徑依序經由該光纖、該準直透鏡、該聚光透鏡、該透鏡再入射至該感測器。

其中該透鏡為一球面透鏡，該光束在到達該球面透鏡的表面時，該光束直徑是該球面透鏡直徑的1/3以下。

其中該光束從該聚光透鏡至該球面透鏡的收斂角度θT”滿足條件式：5°<θT”<8°。

其中該光束在到達該光敏區時，該光束直徑是該光敏區直徑的2/3以下。

其中該光束從該透鏡至該光敏區的收斂角度θT滿足條件式：3.179°<θT<4.763°。

其中該聚光透鏡的焦距F滿足條件式：960μm<F<1543μm。

其中該透鏡為一球面透鏡，該聚光透鏡使該光束垂直入射於 該透鏡，該透鏡將入射的該光束匯聚於該光敏區；該聚光透鏡的焦距F滿足條件式：1mm≦F≦1.5mm。

其中該聚光透鏡的直徑D_f與該聚光透鏡的非球面區域厚度T_f滿足條件式：0.075<T_f/D_f<0.16。

其中該聚光透鏡的焦距F與該聚光透鏡的直徑D_f滿足條件式：0.7<F/D_f<5.2。

本發明接收模組可更包括一分光元件及一反射部件，其中該準直透鏡、該分光元件、該反射部件、該聚光透鏡以及該光接收元件沿著該光束行進的光路依序排列，該準直透鏡使該光束成為平行光，該分光元件從該光束中擷取特定波長光，該反射部件將該光束反射至該聚光透鏡。

100:接收模組

110:光纖

120:準直透鏡

130:分光元件

140:塑膠載具

150:聚光透鏡

160:光接收元件

170:電路板

200:接收模組

210:光纖

220:準直透鏡

230:分光元件

240:塑膠載具

250:聚光透鏡

260:光接收元件

261:透鏡

263:感測器

265:載體

267:光敏區

d:光敏區直徑

d1:光束在透鏡表面的直徑

d2:光束在光敏區的直徑

d3:光束在聚光透鏡表面的直徑

F:聚光透鏡的焦距

T:透鏡頂點至感測器底面的距離

X:組裝公差

θ:角度

θT:收斂角度

θT”:收斂角度

第1圖係習知接收模組的架構示意圖。

第2圖係依據本發明接收模組的架構示意圖。

第3圖係第2圖之III部分的放大圖。

第4圖係依據本發明接收模組的光接收元件之放大圖。

第5圖係依據本發明接收模組的光敏區之放大圖。

請參閱第2圖，第2圖係依據本發明接收模組的架構示意圖。本發明接收模組200沿光路依序包括一光纖210、一準直透鏡220、一分光元件230、一反射部件(設於塑膠載具240中)、一聚光透鏡250(設於塑膠載具240前端)以及一光接收元件260。

操作時，光發射端(未圖示)所發射的光訊號(光束)藉由光纖210傳送，經準直透鏡220成為平行光，分光元件230用以對光波進行處理(例如為擷取特定波長光)，接著光被反射部件(設於塑膠載具240中)所反射而改變路徑，再經由聚光透鏡250而匯聚於光接收元件260。

請同時參閱第2、3圖，光接收元件260包括一載體265、一感測器263以及一透鏡261，其中載體265用於承載感測器263，感測器263具有一光敏區267，而透鏡261設置在感測器263上，用於將接收到的光匯聚於感測器263的光敏區267，具體而言，透鏡261與感測器263相互連結，透鏡261可以是緊鄰、黏合、貼合、嵌合等方式與感測器263連結，使得透鏡261與感測器263之間不存在空氣間隙。換言之，光訊號(光束)的行進路徑依序經由光纖210、準直透鏡220、分光元件230、反射部件(設於塑膠載具240中)、聚光透鏡250、光接收元件260的透鏡261再至感測器263。

由以上敘述可知，光聚焦在光敏區267前，共經過兩次收斂過程，第一次藉由聚光透鏡250收斂到透鏡261表面，第二次藉由透鏡261收斂到光敏區267，進而控制進入透鏡261的光點大小，使得組裝階段的公差容忍度更為寬裕，可以達到20μm以上，換言之，組裝的公差容忍度提升而使良率上升以及產能提升。

值得注意的是，本發明將塑膠載具240前端的聚光透鏡250由習知技術的傾斜設置改為水平設置，使光束能垂直入射於光接收元件260，此外為避免過多反射光從光接收元件260表面反射回到光發射端，因此本發明增加聚光透鏡250至透鏡261的距離(即聚光透鏡250的焦距F)，並藉由調整適當的焦距F讓光束收斂在較小的範圍內，使組裝公差能提升至 20μm，進而降低組裝難度、提高生產速度及產品良率，產品具有更佳的可靠度且有更多餘裕可以維持產品的功能性。詳如下述：

在本實施例中，透鏡261為一球面透鏡。為確保接收模組200在進行光學耦合時有足夠的修正空間(即前述±20μm)，因此光束在到達透鏡261表面時，光束直徑要能收斂到透鏡261直徑的1/3以下，即透鏡261表面的光束直徑是透鏡261直徑的1/3以下，為達此目的，本發明從聚光透鏡250至透鏡261的收斂角度θT”滿足底下條件式：

5°<θT”<8°............................(1)

其中收斂角度θT”=tan^-1((d3-d1)/2F)

d3為光束在聚光透鏡250表面的直徑(第2圖)，d1為光束在透鏡261表面的直徑(第4圖)，F為聚光透鏡250的焦距(第2圖)。

由於製造公差等因素導致光束不能正確的垂直入射於光接收元件260，則一些非垂直入射光也需要能一併聚焦於光敏區267，使接收模組200能夠正常運作。為達此目的，當光束行進到光敏區267時，光束直徑要能夠收斂到光敏區267直徑d的2/3以下，即光敏區267表面的光束直徑是光敏區267直徑d的2/3以下，本發明從透鏡261至光敏區267的收斂角度θT滿足底下條件式：

3.179°<θT<4.763°............................(2)

其中收斂角度θT=tan^-1((d2-d1)/2T)

d2為光束在光敏區267的直徑(第5圖)，d1為光束在透鏡261表面的直徑(第4圖)，T為透鏡261頂點至感測器263底面的距離(第3圖)。

在本實施例中，從透鏡261頂點至感測器263底面的距離T=120μm~180μm，在聚光透鏡250上的光束直徑d3約300μm，在透鏡261上的光束直徑d1不超過30μm，在光敏區267的光束直徑d2不超過10μm，在條件式(1)、(2)的限制下，本發明聚光透鏡250的焦距F為960μm<F<1543μm，較佳者為1mm≦F≦1.5mm。

為了滿足以上聚光透鏡250的焦距F的範圍，聚光透鏡250的焦距F、聚光透鏡250直徑D_f、聚光透鏡250非球面區域厚度T_f之間會有一定的比例關係，其中聚光透鏡250的直徑D_f即為聚光透鏡250的最大外徑，且滿足0.3mm<D_f<1.3mm條件範圍，而聚光透鏡250的非球面區域厚度T_f即為聚光透鏡250的透鏡中心厚度，亦即透鏡中心於光軸上的間距，且滿足0.0225mm<T_f<0.208mm條件範圍。具體而言，當960μm<F<1543μm時，底下條件式將滿足：

0.075<T_f/D_f<0.16.....................(3)

0.7<F/D_f<5.2...........................(4)

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此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。

200:接收模組

210:光纖

220:準直透鏡

230:分光元件

240:塑膠載具

250:聚光透鏡

260:光接收元件

261:透鏡

263:感測器

265:載體

d3:光束在聚光透鏡表面的直徑

F:聚光透鏡的焦距

θT”:收斂角度

Claims (10)

1. 一種接收模組，包括：一光纖，用於傳遞一光束；一準直透鏡，用於準直該光束；一聚光透鏡，用於匯聚該光束；一光接收元件，包括一感測器以及一透鏡，該透鏡設置於該感測器上，該透鏡與該感測器相互連結，該感測器包括一光敏區；其中該聚光透鏡與該光接收元件相對設置，該光束的行進路徑依序經由該光纖、該準直透鏡、該聚光透鏡、該透鏡再入射至該感測器；其中該聚光透鏡的焦距F與該聚光透鏡的直徑D_f滿足底下條件式：0.7<F/D_f<5.2。
2. 一種接收模組，包括：一光纖，用於傳遞一光束；一準直透鏡，用於準直該光束；一聚光透鏡，用於匯聚該光束；一光接收元件，包括一感測器以及一透鏡，該透鏡設置於該感測器上，該透鏡與該感測器相互連結，該感測器包括一光敏區；其中該聚光透鏡與該光接收元件相對設置，該光束的行進路徑依序經由該光纖、該準直透鏡、該聚光透鏡、該透鏡再入射至該感測器；其中該聚光透鏡的焦距F滿足底下條件式：960μm<F<1543μm。
3. 一種接收模組，包括： 一光纖，用於傳遞一光束；一準直透鏡，用於準直該光束；一聚光透鏡，用於匯聚該光束；一光接收元件，包括一感測器以及一透鏡，該透鏡設置於該感測器上，該透鏡與該感測器相互連結，該感測器包括一光敏區；其中該聚光透鏡與該光接收元件相對設置，該光束的行進路徑依序經由該光纖、該準直透鏡、該聚光透鏡、該透鏡再入射至該感測器；其中該透鏡為一球面透鏡，該聚光透鏡使該光束垂直入射於該透鏡，該透鏡將入射的該光束匯聚於該光敏區；該聚光透鏡的焦距F滿足底下條件式：1mm≦F≦1.5mm。
4. 一種接收模組，包括：一光纖，用於傳遞一光束；一準直透鏡，用於準直該光束；一聚光透鏡，用於匯聚該光束；一光接收元件，包括一感測器以及一透鏡，該透鏡設置於該感測器上，該透鏡與該感測器相互連結，該感測器包括一光敏區；其中該聚光透鏡與該光接收元件相對設置，該光束的行進路徑依序經由該光纖、該準直透鏡、該聚光透鏡、該透鏡再入射至該感測器；其中該聚光透鏡的直徑D_f與該聚光透鏡的非球面區域厚度T_f滿足底下條件式：0.075<T_f/D_f<0.16。
5. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之接收模組，其中該透鏡為一球面透鏡，該光束在到達該球面透鏡的表面時，該光束直徑是該球面透鏡直徑的1/3以下。
6. 如申請專利範圍第5項所述之接收模組，其中該光束從該聚光透鏡至該球面透鏡的收斂角度θT”滿足底下條件式：5°<θT”<8°。
7. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之接收模組，其中該光束在到達該光敏區時，該光束直徑是該光敏區直徑的2/3以下。
8. 如申請專利範圍第7項所述之接收模組，其中該光束從該透鏡至該光敏區的收斂角度θT滿足底下條件式：3.179°<θT<4.763°。
9. 如申請專利範圍第2至4項任一項所述之接收模組，其中該聚光透鏡的焦距F與該聚光透鏡的直徑D_f滿足底下條件式：0.7<F/D_f<5.2。
10. 如申請專利範圍第1至4項任一項所述之接收模組，其更包括一分光元件及一反射部件，其中該準直透鏡、該分光元件、該反射部件、該聚光透鏡以及該光接收元件沿著該光束行進的光路依序排列，該準直透鏡使該光束成為平行光，該分光元件從該光束中擷取特定波長光，該反射部件將該光束反射至該聚光透鏡。

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