TWM461794U - 光學裝置 - Google Patents

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TWM461794U
TWM461794U TW102200093U TW102200093U TWM461794U TW M461794 U TWM461794 U TW M461794U TW 102200093 U TW102200093 U TW 102200093U TW 102200093 U TW102200093 U TW 102200093U TW M461794 U TWM461794 U TW M461794U
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光學裝置
本創作係有關於一種光學裝置，尤指一種光收發裝置。
配合參閱第一圖、第二圖及第三圖，為習知之光收發裝置之立體分解圖、局部組合圖及組合圖。該光學收發裝置1係通過一連接件2連接至一光纖3。
該光學收發裝置1包含一電路板10、一雷射元件12、一光二極體(photodiode)14、一光學元件16、一驅動元件18及一放大元件20。該電路板10較佳地為印刷電路板(printed circuit board,PCB)。該雷射元件12、該光二極體14、該驅動元件18及該放大元件20係分別地設置於該電路板10上，並與該電路板10形成電性連接；其中，該雷射元件12及該光二極體14係藉由固晶(die bond)製程以使該雷射元件12及該光二極體14固定於該電路板10上。
該雷射元件12通過至少一第一引線22電連接於該驅動元件18，該光二極體14通過至少一第二引線24電連接於該放大元件20；其中，該第一引線22係藉由打線接合(wire bonding)製程以使得該雷射元件12與該驅動元件18形成電性連接，該第二引線24係藉由打線接合製程以使得該光二極體14電連接於該放大元件20。如此一來，該驅動元件18就可以驅動該雷射元件12發出光線，該光二極體14感測光線後產生之光電流也可以傳遞該放大元件20，該放大元件20用以將光電流轉換為電壓信號並穩定電壓振幅。
該光學元件16設置於該雷射元件12及該光二極體14上，該光學元件16具有一反射面160，該反射面160用以反射光線，使雷射元件12發出之光線得以通過該連接件2傳遞至該光纖3中，以及使由該光纖3朝向該光學收發裝置1入射之光線得以傳遞至該光二極體14。
為使得該光學收發裝置1達到良好的發光及收光效果，則設置於該電路板10上之該雷射元件12及該光二極體14必須準確地對位於該光學元件16之該反射面160。然而，由於該電路板10之精度相較於該雷射元件12及該光二極體14之精度來得差，因此當該雷射元件12及光二極體14直接地設置於該電路板10上時，可能造成雷射元件12發出的光線無法精確地投射至該光纖3內，或者是造成由該光纖3往光學收發裝置1傳遞之光線無法準確地投射至該光二極體14上，進而導致該光學收發裝置1的良率降低。
鑒於先前技術所述，本創作之一目的，在於提供一種光學裝置。
為達上述目的，本創作提供一種光學裝置，該光學裝置通過一連接件連接於一光纖，該光學裝置包含一電路板、一光學引擎及一光學元件，該光學引擎電連接於該電路板，該光學引擎包含一基板、一發光陣列及一光偵測陣列，該基板設置於該電路板上，該發光陣列設置於該基板上，該光偵測陣列設置於該基板上；該光學元件包覆該發光陣列及該光偵測陣列，該光學元件具有一全反射面、一面對該基板之第一側面及一面對該連接件之第二側面，該光學元件係包覆該發光陣列及該光偵測陣列，該第二側面大致垂直於該第一側面；該發光元件朝向該全反射面發射之光線係由該全反射面反射後通過該連接件進入該光纖，通過該光纖及該連接件朝向該光學元件投射之光線係由該全反射面反射後進入該光偵測陣列。
根據本創作的一具體實施例，其中該光學裝置更包含一驅動元件及一放大元件，該驅動元件設置於該電路板上並電連接於該發光陣列，該放大元件設置於該電路板上並電連接於該光偵測陣列。
根據本創作的一具體實施例，其中放大元件包含一轉阻放大器及一限幅放大器，該轉阻放大器電連接於該光偵測陣列，該限幅放大器電連接於該轉阻放大器。
根據本創作的一具體實施例，其中該光學引擎更包含複數金屬線，貼設於該基板上，該等金屬線係使該發光陣列及該光偵測陣列與該電路板形成電性連接。
根據本創作的一具體實施例，其中該等金屬線係與形成於該電路板上之複數電路佈線形成電性連接。
根據本創作的一具體實施例，其中該光學裝置更包含一黏著件，位於該電路板及該基板之間，該黏著件用以結合該電路板及該基板。
根據本創作的一具體實施例，其中該黏著件為雙面膠或膠水。
根據本創作的一具體實施例，其中該光學元件更包含複數第一定位件，該等第一定位件設置於該第一側面，該等第一定位件係與形成於該基板上之複數穿孔對應接合。
根據本創作的一具體實施例，其中該光學元件更包含複數第二定位件，該等第二定位件設置該第二側面，該等第二定位柱係與形成於該連接件上之複數凹孔對應接合。
根據本創作的一具體實施例，其中該光學元件之該本體、該第一定位件及該第二定位件為一體成型。
根據本創作的一具體實施例，其中該光偵測陣列對齊於該發光陣列。
根據本創作的一具體實施例，其中該發光陣列包含複數發光元件，該光偵測陣列包含複數光偵測器。
根據本創作的一具體實施例，其中該發光元件為垂直共振腔面射型雷射，該收光元件為PIN光二極體。
本創作之該光學裝置係將該發光陣列及光偵測陣列排列於該基板上，可優先對該發光陣列及光偵測陣列進行光學對位，之後再將具有該發光陣列及光偵測陣列之光學引擎組裝於電路板上，如此一來，可以大幅地提升該光學裝置的準確率，進而達到良率的提升。
1‧‧‧光學收發裝置
10‧‧‧電路板
12‧‧‧雷射元件
14‧‧‧光二極體
16‧‧‧光學元件
160‧‧‧反射面
18‧‧‧驅動元件
20‧‧‧放大元件
22‧‧‧第一引線
24‧‧‧第二引線
2、5‧‧‧連接件
3、6‧‧‧光纖
4‧‧‧光學裝置
40‧‧‧電路板
400‧‧‧電路佈線
402‧‧‧穿孔
42‧‧‧光學引擎
420‧‧‧基板
422‧‧‧發光陣列
4220‧‧‧發光元件
424‧‧‧收光陣列
4240‧‧‧光偵測器
426‧‧‧金屬線
44‧‧‧光學裝置
440‧‧‧本體
442‧‧‧反射面
444‧‧‧第一定位件
446‧‧‧第二定位件
448‧‧‧第一側面
450‧‧‧第二側面
46‧‧‧驅動元件
48‧‧‧放大元件
480‧‧‧轉阻放大器
482‧‧‧限幅放大器
52‧‧‧凹孔

第一圖為習知之光學裝置之立體分解圖。
第二圖為習知之光學裝置之組合示意圖。
第三圖為習知之光學裝置之組合圖。
第四圖為本創作之光學裝置之立體分解圖。
第五圖為本創作之光學裝置之組合示意圖。
第六圖為本創作之光學裝置之組合圖。
第七圖為本創作之光學裝置之剖視圖。
配合參閱第四圖，為本創作之光學裝置之立體分解圖。該光學裝置4連接於一連接件5，該連接件5連接於一光纖6，該光學裝置4具有發射光線及接收光線之功能。該光學裝置4發射之光線係通過該連接件5傳遞至該光纖6，該光學裝置4也接收由該光纖6通過該連接件5朝向該光學裝置4傳遞的光線。
該光學裝置4包含一電路板40、一光學引擎42及一光學元件44。該電路板40為一矩形板體，且其上預先形成有複數電路佈線400及焊墊(未圖示)。該電路板40用以電連接至一外部電源(未圖示)，用以擷取該光學裝置4操作時所需要的電力。該電路板40可以為印刷電路板(printed circuit board)、金屬基電路板(metal core PCB)或陶瓷電路板，其中金屬基電路板及陶瓷電路板與印刷電路板相比，具有較佳的散熱效果。
該電路板40上設置有一驅動元件46及一放大元件48，該驅動元件46及該放大元件48分別地設置於該電路板40，並與該等電路佈線400形成電性連接。
該光學引擎42設置於該電路板40上，並與該電路板40形成電性連接。該光學引擎42包含一基板420、一發光陣列422及一收光陣列424。該基板420大致呈矩形，且該基板420之任一表面的面積皆小於該電路板40之任一表面的面積。該基板420設置於該電路板40上，該基板420及該電路板40之間更可以設置有一黏著件50(如第七圖所示)，該黏著件50係結合該基板420及該電路板40，使該基板420得以固定於該電路板40上。其中，該黏著件50可例如為雙面膠或膠水。
複數金屬線426係貼設於該基板420表面，於本實施例中，該等金屬線426係由該基板420之一上表面4202延伸至鄰接於該上表面4202之一側面4204；於實際實施時，該等金屬線426也可以延伸至相反於該上表面4202之一下表面。該等金屬線426可例如使用金、銀、銅或其他具有較佳導電效果的金屬材質製作而成；於本實施例中，該等金屬線426的數量以八條作為說明範例，實際實施時則不以此限。當該基板420設置於該電路板40上時，該等金屬線426係與該等電路佈線400形成電性連接，其中，該等金屬線426可以藉由焊接或其他接合方式以使該等金屬線426與該等電路佈線400形成電性連接。藉由形成於該基板420之上表面4202及側面4204之該等金屬線426，可以有效地降低該基板420與該電路板40上之該等電路佈線400的結合難度，進而降低製作該光學裝置4的複雜度並簡化該光學裝置4的製作程序。
該基板420可為印刷電路板、金屬基電路板或陶瓷電路板，再者，該基板420的材質可以相同於該電路板40，或者該基板420的材質也可以不同於該電路板40。
該發光陣列422設置於該基板420上，該發光陣列422包含複數發光元件4220。於本實施例中，該發光陣列422包含四個發光元件4220，實際實施時則不以此限。各該發光元件可例如(但不限定)為雷射二極體(laser diode)，且較佳地為垂直共振腔面射型雷射(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)。其次，各該發光元件4220分別電連接於各該金屬線426，並通過該等電路佈線400電連接於該驅動元件46，該驅動元件46主要用以控制導通至各該發光元件4220的電流，以驅使各該發光元件4220發出光線。
該光偵測陣列424設置於該基板420上，該光偵測陣列424對齊於該發光陣列422。該光偵測陣列424包含複數光偵測器4240。於本實施例中，該光偵測陣列424包含四個光偵測器4240，實際實施時則不以此限。各該光偵測器4240可例如(但不限定)為光二極體(photodiode)，且較佳地為PIN光二極體(PIN photodiode)。其次，各該光偵測器4240電連接於各該金屬線426，並通過該等電路佈線400電連接於該放大元件48。該放大元件48可包含一轉阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA) 480及一限幅放大器(Limiting Amplifier)482，該轉阻放大器480電連接於該等光偵測器4240，用以接收各該光偵測器4240產生的光電流並將光電流轉換為電壓信號輸出。該限幅放大器482電連接於該轉阻放大器480，用以放大該轉阻放大器480輸出之電壓信號的振幅。
同時配合參閱第七圖，該光學元件44包含一本體440，該本體440上具有一全反射面442、一第一側面448及一第二側面450。該光學元件44係包覆該發光陣列422及該光偵測陣列424，使該全反射面442位於該發光陣列422及該光偵測陣列424上方，該全反射面442用以改變投射於其上之光線的行進方向。該第一側面448係面對該基板420，該第二側面450係面對該連接件5，該第一側面448大致垂直於該第二側面450。
在第七圖中，各該發光元件422向上發射之光線在投射至該全反射面442時，係因該本體440與空氣介面間之折射率差異而產生全反射，使光線的改變行進方向，並朝向第七圖所示之左側傳遞，使通過該連接件5傳遞至該光纖6。
同樣地，當光線由該光纖6傳遞至該光學裝置4時，投射至該全反射面442的光線係因本體440與空氣介面間之折射率差異而產生全反射，使光線得以傳遞至各該光偵測器4240。
該本體440上更包含複數第一定位件444及複數第二定位件446，該等第一定位件444凸設於該第一側面448，該等第一定位件444係用以與形成於該基板420上之複數穿孔402(如第四圖所示)對應接合，如此一來，可使得該光學元件44穩定地位於該光學引擎42上，並對齊於該發光陣列422及該光偵測陣列424。
該等第二定位件446凸設於該第二側面450，用以與形成於該連接件5上之複數凹孔52(如第四圖所示)對應接合，如此一來，可提高該連接件5與該光學元件44接合時的穩定度，使光線可以順利地通過該連接件5耦接至該光纖6。
其中，該本體440、該等第一定位件444及該等第二定位件446較佳地為一體成型，然而，在實際製作時，該等第一定位件444、該等第二定位件446與本體440可以在不同的製作流程中形成。
於實際製作該光學裝置4時，可在完成該光學引擎42的組裝後，將該光學引擎42及該光學元件44放置於光學校正平台(未圖示)上，藉由光學校正平台以對光學引擎42中之該發光陣列422及該光偵測陣列424進行耦光，以使該發光陣列422及該光偵測陣列424位於最佳位置。若耦光無誤後，即可將該光學引擎42設置於電路板40上，並與該連接件5及光纖6接合。
綜合以上所述，本創作之該光學裝置4係將該發光陣列422及光偵測陣列424排列於該基板420上，可優先對該發光陣列422及光偵測陣列424進行光學對位，之後再將具有該發光陣列422及光偵測陣列424之光學引擎42組裝於電路板10上，如此一來，可以大幅地提升該光學裝置4的準確率，進而達到良率的提升。
然以上所述者，僅為本創作之較佳實施例，當不能限定本創作實施之範圍，即凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。
4‧‧‧光學裝置
40‧‧‧電路板
400‧‧‧電路佈線
42‧‧‧光學引擎
420‧‧‧基板
422‧‧‧發光陣列
4220‧‧‧發光元件
424‧‧‧收光陣列
4240‧‧‧光偵測器
426‧‧‧金屬線
44‧‧‧光學裝置
442‧‧‧全反射面
46‧‧‧驅動元件
48‧‧‧放大元件
480‧‧‧轉阻放大器
482‧‧‧限幅放大器
5‧‧‧連接件
6‧‧‧光纖

Claims (13)

  1. 一種光學裝置，通過一連接件連接於一光纖，該光學裝置包含:
    一電路板；
    一光學引擎，電連接於該電路板，該光學引擎包含:
    一基板，設置於該電路板上；
    一發光陣列，設置於該基板上；
    一光偵測陣列，設置於該基板上；以及
    一光學元件，包覆該發光陣列及該光偵測陣列，該光學元件包含一本體，該本體具有一全反射面、一面對該基板之第一側面及一面對該連接件之第二側面，該光學元件係包覆該發光陣列及該光偵測陣列，該第二側面大致垂直於該第一側面；
    其中，該發光元件朝向該全反射面發射之光線係由該全反射面反射後通過該連接件進入該光纖，通過該光纖及該連接件朝向該光學元件投射之光線係由該全反射面反射後進入該光偵測陣列。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，更包含:
    一驅動元件，設置於該電路板上並電連接於該發光陣列；以及
    一放大元件，設置於該電路板上並電連接於該光偵測陣列。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光學裝置，其中放大元件包含一轉阻放大器及一限幅放大器，該轉阻放大器電連接於該光偵測陣列，該限幅放大器電連接於該轉阻放大器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光學裝置，其中該光學引擎更包含複數金屬線，貼設於該基板上，該等金屬線係使該發光陣列及該光偵測陣列與該電路板形成電性連接。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之光學裝置，其中該等金屬線係與形成於該電路板上之複數電路佈線形成電性連接。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光學裝置，更包含一黏著件，位於該電路板及該基板之間，該黏著件用以結合該電路板及該基板。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光學裝置，其中該黏著件為雙面膠或膠水。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之光學裝置，其中該光學元件更包含複數第一定位件，該等第一定位件設置於該第一側面，該等第一定位件係與形成於該基板上之複數穿孔對應接合。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學裝置，其中該光學元件更包含複數第二定位件，該等第二定位件設置於該第二側面，該等第二定位柱係與形成於該連接件上之複數凹孔對應接合。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之光學裝置，其中該光學元件之該本體、該第一定位件及該第二定位件為一體成型。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之光學裝置，其中該光偵測陣列對齊於該發光陣列。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之光學裝置，其中該發光陣列包含複數發光元件，該光偵測陣列包含複數光偵測器。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之光學裝置，其中該發光元件為垂直共振腔面射型雷射，該收光元件為PIN光二極體。
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