透鏡陣列及具備其的光模塊的製作方法

2023-05-23 11:35:31 3

透鏡陣列及具備其的光模塊的製作方法
【專利摘要】提供一種透鏡陣列及具備其的光模塊，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，進而緩和透鏡面的外觀基準，並且提高成品率，實現成本降低。第1透鏡面(11)或第2透鏡面(12)形成為面形狀，該面形狀為通過使光的光束直徑隨著從第1透鏡面(11)側朝向第2透鏡面(12)側而直徑擴大，從而使第2透鏡面(12)上的光的光點直徑比第1透鏡面(11)上的光的光點直徑更大的形狀。
【專利說明】透鏡陣列及具備其的光模塊

【技術領域】
[0001] 本發明涉及透鏡陣列及具備其的光模塊，特別涉及適合於將光電轉換元件與光傳 輸體光學耦合的透鏡陣列及具備其的光模塊。

【背景技術】
[0002] 近年來，作為在系統裝置內或裝置間或光模塊間高速傳輸信號的技術，廣泛應用 所謂的光互連。其中，所謂光互連是指將光部件如電氣部件那樣使用，安裝於在個人計算 機、車輛或光收發器等上所採用的主板或電路基板等的技術。
[0003] 在使用於此種光連接的光模塊上，例如具有如下的各種用途：媒體轉換器或交換 集線器的內部連接、光收發器、醫療設備、測試裝置、錄像系統、高速計算機集群等的裝置內 或裝置間的部件連接等。
[0004] 而且，作為適用於此種光模塊的光學部件，作為對於以精簡的構造實現多信道的 光學通信而有效的部件，並列配置有多個小直徑的透鏡的透鏡陣列（例如，參照專利文獻 1)的需求日益提高。
[0005] 其中，以往，在透鏡陣列安裝具備多個發光元件（例如，垂直共振腔面發射雷射器 (VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser))或受光元件（例如光電探測器）的 光電轉換裝置，並且安裝有作為光傳輸體的多個光纖。
[0006] 而且，透鏡陣列在如上述地配置於光電轉換裝置與多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的光與光纖的端面光學耦合，由此進行多信道的光傳 輸，或使從各光纖的端面射出的光與各受光元件光學耦合，由此進行多信道的光接收。
[0007] 其中，此種透鏡陣列通過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),從而構成副組件。
[0008] 而且，此種輔助組件通過安裝收容有MT連接器等光纖的光連接器，從而構成全組 件。此時，在構成有源光纜（AOC(Active Optical Cable))的情況下時，將光連接器安裝成 不可拆卸的狀態，另一方面，在構成光收發器的情況下時，將光連接器安裝成可裝卸。
[0009] 現有技術文獻
[0010] 專利文獻
[0011] 專利文獻1 :日本特開2004-198470號公報


【發明內容】

[0012] 發明所要解決的課題
[0013] 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通過副組件構造 從外部被遮蔽，因此該透鏡面幾乎沒有附著塵埃等異物或形成傷痕。相對於此，光纖側的透 鏡面由於未安裝光連接器而沒有從外部被遮蔽，因而在安裝光連接器時等，容易產生異物 附著或形成傷痕。
[0014] 而且，透鏡陣列除了需要以小型構造實現多信道的光學通信以外，各透鏡面的直 徑尺寸被要求一定的限制，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。
[0015] 其結果，因透鏡面上的異物或傷痕，而產生光電轉換元件與光纖的耦合效率相對 於設計值顯著地惡化的問題。
[0016] 因此，本發明鑑於此種問題點，其目的在於提供一種透鏡陣列及具備其的光模塊， 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，進而緩和透鏡面的外觀 基準，並且提高成品率，實現成本降低。
[0017] 用於解決課題的方法
[0018] 為了實現上述目的，本發明方案1的透鏡陣列的特徵在於以下的點，配置在排列 配置有多個光電轉換元件的光電轉換裝置與光傳輸體之間，能夠將上述多個光電轉換元件 與上述光傳輸體光學耦合，具有：多個第1透鏡面，以在與上述多個光電轉換元件對應的預 定排列方向上排列的方式配置於透鏡陣列本體中的上述光電轉換裝置側的第1面，使耦合 上述多個光電轉換元件與上述光傳輸體的各光電轉換元件每一個的光通過；及多個第2透 鏡面，以沿著上述排列方向排列的方式配置於上述透鏡陣列本體中的上述光傳輸體側的第 2面，使上述光通過；上述第1透鏡面或上述第2透鏡面形成為面形狀，該面形狀為通過使 上述光的光束直徑隨著從上述第1透鏡面側朝向上述第2透鏡面側而直徑擴大，從而使上 述第2透鏡面上的上述光的光點直徑比上述第1透鏡面上的上述光的光點直徑更大的形 狀。
[0019] 而且，根據方案1的發明，能降低第2透鏡面上的異物/傷痕相對光的光點的面積 佔有率，因而在第2透鏡面被要求直徑尺寸的限制中，能有效地緩和第2透鏡面上的異物/ 傷痕對耦合效率造成的影響。
[0020] 另外，方案2的透鏡陣列的特徵點在於：在方案1中，進一步，上述光電轉換元件為 發光元件，上述第1透鏡面為形成為：使從上述發光元件射出的上述光以比準直器的情況 下還弱的折射力而會聚的凸透鏡面或平透鏡面或使上述發光元件的上述光發散的凹透鏡 面。
[0021] 而且，根據該方案2的發明，在使來自發光兀件的光與光傳輸體稱合的情況下，能 切實地獲得隨著從第1透鏡面側朝向第2透鏡面側而直徑擴大那樣的光束，因而能切實地 緩和第2透鏡面上的異物/傷痕對與光傳輸體應該耦合的光的耦合效率造成的影響。
[0022] 進而，方案3的透鏡陣列的特徵點在於：在方案1或2中，進一步，上述第2面為配 置成與上述第1面正交的面，在上述第1透鏡面與上述第2透鏡面之間，配置有使從這兩個 透鏡面的一方側入射的上述光朝向另一方側反射的反射面。
[0023] 而且，根據方案3的發明，在適合於將從安裝在基板上的發光元件所射出的光（發 送光）在光傳輸體中從與基板平行的方向取出，或將從光傳輸體所射出的與基板平行的光 (接收光）取入安裝在基板上的受光元件的構成中，能有效地緩和第2透鏡面上的異物/傷 痕對耦合效率造成的影響。
[0024] 進而，方案4的透鏡陣列的特徵點在於：在方案3中，進一步，上述光電轉換裝置是 配置有至少1個接收監視光的受光元件的裝置，該監視光用於監視從作為上述光電轉換元 件的多個發光元件的至少1個所發出的上述光，具備：至少1個第3透鏡面，配置於上述第 1面，使從上述透鏡陣列本體的內部側所入射的上述監視光，朝向上述受光元件射出；及光 控制部，配置於上述透鏡陣列本體中的上述反射面與上述第2透鏡面之間的光路上，控制 為入射通過上述反射面朝向上述第2透鏡面側所反射的上述多個發光元件每一個的光，使 該所入射的多個發光元件每一個的光，以預定的反射率反射而向上述第3透鏡面側行進， 並且以預定的透射率透射而向上述第2透鏡面側行進，此時，使上述多個發光元件每一個 的光的至少之一作為上述監視光而反射。
[0025] 而且，根據方案4的發明，在適合於發光元件的光輸出的調整的構成中，能有效地 緩和第2透鏡面上的異物/傷痕對耦合效率造成的影響。
[0026] 另外，方案5的透鏡陣列的特徵點在於：在方案1或2中，進一步，上述第2面為配 置成與上述第1面相對的面，上述第1透鏡面上的光軸與上述第2透鏡面上的光軸配置在 同一直線上。
[0027] 而且，根據方案5的發明，在第1透鏡面的背面側配置第2透鏡面的構成中，能有 效地緩和第2透鏡面上的異物/傷痕對耦合效率造成的影響。
[0028] 進而，方案6的光模塊的特徵點在於，具備：方案1至5中任一項所述的透鏡陣列， 及方案1、2或4所述的光電轉換裝置。
[0029] 而且，根據方案6的發明，能緩和第2透鏡面上的異物/傷痕對於耦合效率造成的 影響。
[0030] 發明的效果
[0031] 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的影響，進而緩和透 鏡面的外觀基準，並且提高成品率，實現成本降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1為表示與本發明有關的透鏡陣列及具備其的光模塊的第1實施形態的概略構 成圖。
[0033] 圖2為圖1所示的透鏡陣列的仰視圖。
[0034] 圖3為圖1所示的透鏡陣列的俯視圖。
[0035] 圖4為表示第1實施形態的第1變形例的透鏡陣列的縱剖面圖。
[0036] 圖5為表示第1實施形態的第2變形例的透鏡陣列的縱剖面圖。
[0037] 圖6為圖5的仰視圖。
[0038] 圖7為表示第1實施形態的第3變形例的透鏡陣列的縱剖面圖。
[0039] 圖8為圖7的仰視圖。
[0040] 圖9為圖7的俯視圖。
[0041] 圖10為表示第1實施形態的第4變形例的透鏡陣列的縱剖面圖。
[0042] 圖11為表示第1實施形態的第5變形例的透鏡陣列的縱剖面圖。
[0043] 圖12為表示與本發明有關的透鏡陣列及具備其的光模塊的第2實施形態的概略 構成圖。
[0044] 圖13為圖12所示的透鏡陣列的仰視圖。
[0045] 圖14為圖12所示的透鏡陣列的右側視圖。
[0046] 圖15為表示第2實施形態的第1變形例的透鏡陣列的縱剖面圖。
[0047] 圖16為表示第2實施形態的第2變形例的透鏡陣列的縱剖面圖。
[0048] 圖17為圖16的仰視圖。
[0049] 圖18為表示第2實施形態的第3變形例的透鏡陣列的縱剖面圖。
[0050] 圖19為圖18的仰視圖。
[0051] 圖20為圖18的右側視圖。
[0052] 圖21為表示第2實施形態的第4變形例的透鏡陣列的縱剖面圖。
[0053] 圖22為表示第2實施形態的第5變形例的透鏡陣列的縱剖面圖。
[0054] 圖23為表示與本發明有關的透鏡陣列及具備其的光模塊的第3實施形態的概略 構成圖。
[0055] 圖24為圖23所示的透鏡陣列的仰視圖。
[0056] 圖25為圖23所示的透鏡陣列的右側視圖。
[0057] 圖26為光控制部的放大縱剖面圖。
[0058] 圖27為用於說明實施例1的模擬的說明圖。
[0059] 圖28為表示實施例1的模擬結果的耦合效率特性曲線圖。
[0060] 圖29為表示實施例1的模擬結果的透射率特性曲線圖。
[0061] 圖30為用於說明實施例2的模擬的說明圖。
[0062] 圖31為表示實施例2的模擬結果的耦合效率特性曲線圖。
[0063] 圖32為表示實施例2的模擬結果的透射率特性曲線圖。

【具體實施方式】
[0064] (第1實施形態）
[0065] 以下，參照圖1至圖11說明關於本發明的透鏡陣列及具備其的光模塊的第1實施 形態。
[0066] 圖1為與本實施形態中的透鏡陣列2的縱剖面圖一起表示本實施形態中的作為光 模塊的副組件1的概要的概略構成圖。另外，圖2為圖1所示的透鏡陣列2的仰視圖。此 夕卜，圖3為圖1所示的透鏡陣列2的俯視圖。
[0067] 如圖1所示，本實施形態中的透鏡陣列2配置在光電轉換裝置3與光纖5之間。
[0068] 其中，光電轉換裝置3具有多個發光元件7,該發光元件7在半導體基板6的面臨 透鏡陣列2的面，對此面射出（發出光）沿垂直方向（圖1中的上方）的雷射La，這些發光 元件7構成上述VCSEL (垂直共振腔面發射雷射器）。此外，在圖1中，各發光元件7沿著圖 1中的紙面垂直方向排列配置。例如在使半導體基板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例如通過夾緊彈 簧等未圖示的公知的固定手段而安裝於透鏡陣列2,由此與透鏡陣列2 -起構成副組件1。 [0069] 另外，本實施形態中的光纖5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，與發光兀件7以同一間距排列配置。各光纖5設定為彼此相同尺寸的例如多模式 方式的光纖5,並且其端面5a側的部位保持在上述MT連接器等多芯一束型的光連接器10 內。例如在使光連接器10中的透鏡陣列2側的端面抵接於透鏡陣列2的狀態下，將此種光 纖5通過未圖示的公知的固定手段（例如，夾緊彈簧等）安裝於透鏡陣列2。
[0070] 而且，透鏡陣列2在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 兀件7與各光纖5的端面5a光學f禹合。
[0071] 進一步，若詳述該透鏡陣列2,則如圖1所示，透鏡陣列2(透鏡陣列本體）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。
[0072] 此種透鏡陣列2的下端面2a作為安裝有光電轉換裝置3的第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的數量相同的多（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形成為凹入平面，該凹入平面為中央 側的預定範圍的平面大致矩形狀的部位2a'隔著鍃孔部2A而比周邊部位2a〃更向上方凹 入的面（以下，稱為透鏡形成面2a'），多個第1透鏡面11為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。另外，各第1透鏡面11配置成 為在與發光元件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）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，在排列方向上相互鄰接的第1透鏡面11之間，也可形成為使各個周端部相互接觸的 鄰接狀態。另外，如圖1所示，較理想為各第1透鏡面11上的光軸〇Α(1)與從與各第1透 鏡面11分別對應的各發光元件7射出的雷射La的中心軸一致。更優選為各第1透鏡面11 上的光軸0A⑴相對於下端面2a垂直。
[0073] 另一方面，與下端面2a相對向的透鏡陣列2的上端面2b，作為安裝有多個光纖5 的第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 同的平面圓形狀的多個第2透鏡面12。其中，如圖1及圖3所示，上端面2b形成為凹入平 面，該凹入平面中央側的預定範圍的平面大致矩形狀的部位2b'對於包圍該部位2b'的周 邊側的部位2b〃，隔著鍃孔部2B而凹入於圖1中的下方（以下，稱為透鏡形成面2b'），多個 第2透鏡面12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。另外，各第2透鏡面12配置成為在與各光纖5的端面5a的排列方向亦即與 第1透鏡面11的排列方向的相同方向排列。此外，各第2透鏡面12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，在排列方向上，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的鄰接狀態。另外，較理想為各第2透鏡面 12上的光軸0A(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。 更優選為各第2透鏡面12上的光軸0A(2)相對上端面2b形成為垂直。此外，各第2透鏡 面12上的光軸0A (2)，與各第2透鏡面12所對應的各第1透鏡面11上的光軸0A(1)配置 於同一直線上。
[0074] 而且，在本實施形態中，各第1透鏡面11形成為面形狀，該面形狀為通過使雷射La 的光束直徑隨著從第1透鏡面11側朝向第2透鏡面12側而直徑擴大，從而使第2透鏡面 12上的雷射La的光點直徑（雷射La的投影區域的外周端的直徑，以下為相同）比第1透 鏡面11上的雷射La的光點直徑更大。具體而言，各第1透鏡面11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La的光點（投影區域） 能收納於各第2透鏡面12的有效直徑內的面形狀。關於此種面形狀的設計，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La的光束髮散角（換言 之，NA)等。
[0075] 如圖1所示，向此種各第1透鏡面11，入射各第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La。而且，各第1透鏡面11使入射的各發光元件7每一個的 雷射La向透鏡陣列2的內部行進。此時，各發光元件7每一個的雷射La由於各第1透鏡 面11的面形狀，以比準直器的情況下還弱的折射力而會聚。由此，各發光元件7每一個的 雷射La，使光束直徑隨著從第1透鏡面11側朝向第2透鏡面12側而直徑擴大。
[0076] 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，向此種 各第2透鏡面12,分別入射通過與各第2透鏡面12對應的各第1透鏡面11所會聚的各發 光兀件7每一個的雷射La。此時，各第2透鏡面12上的雷射La的光點直徑為變成比各第 1透鏡面11上的雷射La的光點直徑還大。而且，各第2透鏡面12使入射的各發光元件7 每一個的雷射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。
[0077] 如此，各發光元件7與各光纖5的端面5a經過第1透鏡面11及第2透鏡面而光 學奉禹合。
[0078] 根據此種構成，在第1透鏡面11的背面側配置第2透鏡面12的構造中，能減少第 2透鏡面12上的異物/傷痕相對光的光點的面積佔有率。由此，在各第2透鏡面12被要 求直徑尺寸的限制中，能有效地緩和第2透鏡面12上的異物/傷痕對於耦合效率造成的影 響。
[0079] 其他還有如圖2所示，在下端面2a的周邊部位2a〃中的透鏡面11相對於透鏡形 成面2a'的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。 這些貫通孔14通過插入分別配設於光電轉換裝置3及連接器10的未圖示的銷，從而用於 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。
[0080] 此外，在本實施形態中，對如圖1至圖3所示的基本構成，可適用於以下所示的各 種變形例。
[0081] (第1變形例）
[0082] 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的凹透鏡面。在 此情況下，入射於各第1透鏡面11的各發光元件7每一個的雷射La，通過各第1透鏡面11 而發散，使得光束直徑隨著朝向各第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La的光點直徑，形成比各第1透鏡面11上的激 光La的光點直徑更大，因此能有效地緩和第2透鏡面12上的異物/傷痕對於耦合效率的 影響。
[0083] (第2變形例）
[0084] 另外，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，在此情況下，各第1透鏡面11在外觀上有時無法區別，但設計上，根據各個 區域（圖6的虛線部）明確地區別。
[0085] 在本變形例的情況下，入射於各第1透鏡面11的各發光元件7每一個的雷射La， 根據各第1透鏡面11而通過比準直器的情況下還弱的折射力而會聚，由此使光束直徑隨著 朝向各第2透鏡面12側而直徑擴大。因此，在本變形例中，亦能實現與基本構成相同的作 用效果。
[0086] (第3變形例）
[0087] 另外，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的數量。具體而言，本變形例通過將第1透鏡面11 及第2透鏡面12分別配置12個X2列的方式，實現24ch的光學通信。
[0088] (第4變形例）
[0089] 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的 數量增加至12個X 2列（24個）。
[0090] (第5變形例）
[0091] 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的 數量增加至12個X2列。
[0092] (第2實施形態）
[0093] 其次，參照圖12至圖22說明關於本發明的透鏡陣列及具備其的光模塊的第2實 施形態。
[0094] 此外，關於與第1實施形態的基本構成相同或與其類似的部位，使用同一符號進 行說明。
[0095] 圖12為與本實施形態中的透鏡陣列22的縱剖面圖一起表示本實施形態中的副組 件21的概要的概略構成圖。另外，圖13為圖12所示的透鏡陣列22的仰視圖。再者，圖14 為圖12所示的透鏡陣列22的右側視圖。
[0096] 如圖12所示，本實施形態中的透鏡陣列22為與第1實施形態相同，被配置於光電 轉換裝置3與光纖5之間，另外，光電轉換裝置3及光纖5的基本構為與第1實施形態相同。 [0097] 然而，本實施形態中的副元件21為以將從安裝在基板6上的發光元件7所射出的 雷射La，在光纖5的端面5a中從與基板6平行的方向取出的方式構成。
[0098] 具體的構成如下述。
[0099] 亦即，如圖12所示，透鏡陣列22(透鏡陣列本體）為由透光性材料（例如，聚醚醯 亞胺等樹脂材料）形成外形為大致長方體形狀。
[0100] 此種透鏡陣列22的下端面22a，作為安裝有光電轉換裝置3的第1面而發揮作用， 如圖12及圖13所示，在該下端面22a上，沿著發光元件7排列配置有與發光元件7的數量 相同的多個（12個）平面圓形狀的第1透鏡面11。此外，與第1實施形態相同，第1透鏡面 11形成在下端面22a的中央側的預定範圍的凹入平面亦即透鏡形成面22a'上。
[0101] 另一方面，在本實施形態中，對下端面22a正交配置的透鏡陣列22的右端面22c， 作為安裝有多個光纖5的第2面而發揮作用。亦即，如圖12及圖14所示，在右端面22c上 形成有與第1透鏡面11的數量相同的平面圓形狀的多個第2透鏡面12。此外，與第1實施 形態相同，第2透鏡面12形成在右端面22c的中央側的預定範圍的凹入平面亦即透鏡形成 面22c'上。
[0102] 進一步，如圖12所示，在透鏡陣列22的上端面22b上，凹入形成有反射面23,該反 射面23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的傾斜角相對下端面22a及右端面22c的任一面亦可成45°。
[0103] 而且，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 鏡面為通過使雷射La的光束直徑隨著從第1透鏡面11側朝向第2透鏡面12側而直徑擴 大，從而使第2透鏡面12上的雷射La的光點直徑比第1透鏡面11上的雷射La的光點直 徑更大的面。
[0104] 如上所述的本實施形態的構成中，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La，入射於各第1透鏡面11，根據各第1透鏡面11的面形狀， 以比準直器的情況下還弱的折射力而會聚。由此，各發光元件7每一個的雷射La，使光束 直徑隨著從第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。在此過程中，如圖12所示，通過各第1透鏡面11所會聚的各發光元件7每一個的雷射 La從下方以比臨界角大的入射角入射反射面23。而且，所入射的各發光元件7每一個的激 光La，通過反射面23朝向各第2透鏡面12全反射。
[0105] 根據本實施形態，在適合於將從安裝在基板6上的發光元件7所射出的雷射La，在 光纖5的端面5a中從與基板6平行的方向取出的構成中，能有效地緩和第2透鏡面12上 的異物/傷痕對於耦合效率的影響。
[0106] 此外，在本實施形態中，為了光纖5的機械性定位，如圖12至圖14所示，在右端面 22c上堅立設置有銷14'。該銷14'通過插入於設置在連接器10側的未圖示的貫通孔或有 底穴，從而使用於光纖5的定位。
[0107] 此外，與第1實施形態相同，本實施形態，對於如圖12至圖14所示的基本構成，也 可適用於以下所示的各種變形例。
[0108] (第1變形例）
[0109] 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。
[0110] (第2變形例）
[0111] 另外，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。
[0112] (第3變形例）
[0113] 進一步，如圖18的縱剖面圖、圖19的仰視圖及圖20的右側視圖所不，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X 2列（24個）。
[0114] (第4變形例）
[0115] 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X2列。
[0116] (第5變形例）
[0117] 另外，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X2列。
[0118] (第3實施形態）
[0119] 其次，參照圖23至圖26說明本發明的透鏡陣列及具備其的光模塊的第3實施形 態。
[0120] 此外，關於與第1實施形態的基本構成相同或與其類似之處，使用同一符號進行 說明。
[0121] 圖23為與本實施形態中的透鏡陣列32的縱剖面圖一起表示本實施形態中的副組 件31的概要的概略構成圖。另外，圖24為圖23所示的透鏡陣列32的仰視圖。進一步，圖 25為圖23所示的透鏡陣列32的右側視圖。
[0122] 如圖23所示，本實施形態中的透鏡陣列32為與第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，另外，光纖5的基本構成為與第1實施形態及第 2實施形態相同。
[0123] 另外，本實施形態中的副組件31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La，在光纖5的端面5a中從與基板6平行的方向取出的方式構 成。
[0124] 然而，本實施形態中的副組件31與第1實施形態及第2實施形態不同，構成為可 將從發光元件7所射出的雷射La的一部分反饋而調整雷射La的輸出（例如，強度或光量）。
[0125] 具體的構成如下所述。
[0126] 亦即，如圖23所示，光電轉換裝置3在半導體基板6中的透鏡陣列32側的面上， 且相對於發光元件7位於圖23中的右方位置，具有與發光元件7相同數量的多個受光元件 8,該多個受光元件8接收用於監視從發光元件7所射出的雷射La的輸出的監視光M。該受 光元件8也可以是光電探測器。再者，半導體基板6中的透鏡陣列32側的面上，安裝有未 圖示的控制電路等電子部件，該控制電路根據通過受光元件8所接收的監視光Μ的強度或 光量，控制從發光元件7所發射的雷射La的輸出，該電子部件為經由配線與發光元件7及 受光元件8電連接。
[0127] 另外，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的外形形成為大致長方體形狀。
[0128] 如圖23及圖24所示，透鏡陣列本體34在安裝有作為第1面的光電轉換裝置3的 下端面34a上，具有與發光元件7的數量相同的多個（12個）平面圓形狀的第1透鏡面11。 此外，與第1實施形態相同，第1透鏡面11沿著發光元件7排列形成於下端面34a的中央 側的預定範圍的凹入平面亦即透鏡形成面34a'上。
[0129] 另外，如圖23及圖25所示，透鏡陣列本體34在作為第2面的安裝有光纖5的圖1 的右端面34c上，具有與第1透鏡面11的數量相同的多個第2透鏡面12。此外，與第1實 施形態相同，第2透鏡面12排列形成於右端面34c的中央側的預定範圍的凹入平面亦即透 鏡形成面34c'上。
[0130] 進一步，如圖23所示，在透鏡陣列本體34的上端面34b上，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具有預定的傾斜角的傾斜平面所構成的反射面 23。此外，反射面23的傾斜角相對下端面34a及右端面34c的任一面亦可為45°。
[0131] 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的右方附近位置，形成有與受光元件8的數量相同（在本實施形態中，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 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的相同方向排列的方式配置。 另外，各第3透鏡面13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0A (3)與各第3透鏡面13分別對應的各受光元件8的受光面的中心軸一致。
[0132] 另外，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。
[0133] 該光控制部4位於透鏡陣列本體34的上端面34b中的相對於全反射面23的右方 位置，包括凹入形成在與各第3透鏡面13相對的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。
[0134] 更具體而言，如圖23所示，稜鏡配置用凹部41中的左右的內側面41a、41b，與右端 面34c的透鏡形成面34c'形成為平行。
[0135] 另外，如圖23所示，稜鏡42在從右方面臨稜鏡配置用凹部41的左內側面41a的 位置，具有各發光元件7每一個的雷射La的入射面42a。如圖23所示，該入射面42a形成 為其下端部位於比其上端部更靠右側那樣的傾斜面。此外，較理想為入射面42a的傾斜角 為以下端面34a為基準，繞圖23的順時針轉動45°。進一步，如圖23所示，稜鏡42在與 入射面42a的右方相對的位置，具有各發光元件7每一個的雷射La的射出面42b。如圖23 所示，該射出面42b以預定之間隙平行地面臨稜鏡配置用凹部41的右內側面41b。然而，t匕 稜鏡42右端面的中的射出面42b更上方的部位，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，在稜鏡42的上部一體形成有板狀的鍔部45,但該鍔 部45是為了方便小型的稜鏡42的處理（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。另外，如圖23所示，連接於入射面42a的下端 部與射出面42b的下端部之間的稜鏡42的底面42c，配置在比稜鏡配置用凹部41的內底面 41c還靠上方的位置。
[0136] 進一步，如圖23所示，上述反射/透射層43配置在稜鏡42的入射面42a上。該 反射/透射層43亦可由Ni、Cr或A1等單一金屬所構成的單層膜而形成，另外，亦可由交互 地層疊彼此介電率不同的多個介電體（例如，Ti02與Si02)的介電體多層膜而形成。進一 步，反射/透射層43亦可通過將上述金屬單層膜或介電體多層膜塗布於入射面42a上而形 成。塗布時可使用鎳鉻合金（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，1 μ m以下）。
[0137] 進一步，如圖23所示，上述的填充材44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的方式填充。另外，填充材44由作為紫外線硬化樹脂的丙烯酸酯 的粘著劑或環氧系粘著劑等粘著劑所構成，將稜鏡42穩定地粘著在稜鏡配置用凹部41內。
[0138] 另外，透鏡陣列本體34、稜鏡42及填充材44的彼此的折射率差形成於預定值（例 如0.05)以下。例如，在通過作為聚醚醯亞胺的SABIC公司制Ultem(註冊商標）形成透 鏡陣列本體34與稜鏡42的情況下，透鏡陣列本體34及稜鏡42的折射率，對于波長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制LPC1101。 該製品為以折射率及阿貝數（Abbe Number)對製造商公布值的d線為基準計算出的波長 850nm的光的折射率為1.66。
[0139] 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 透鏡面為通過使雷射La的光束直徑隨著從第1透鏡面11側朝向第2透鏡面12側而直徑 擴大，從而使第2透鏡面12上的雷射La的光點直徑比第1透鏡面11上的雷射La的光點 直徑更大的面。
[0140] 如上所述的本實施形態的構成中，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La，入射於各第1透鏡面11，根據各第1透鏡面11的面形 狀，以比準直器的情況下還弱的折射力而會聚。由此，各發光元件7每一個的雷射La，使光 束直徑隨著從第1透鏡面11側朝向行進方向而直徑擴大。
[0141] 其次，通過各第1透鏡面11所會聚的各發光元件7每一個的雷射La，以比臨界角 還大的入射角入射反射面23。而且，反射面23將入射的各發光元件7每一個的雷射La，朝 向光控制部4全反射。
[0142] 其次，通過反射面23所全反射的各發光元件7每一個的雷射La，在使光束直徑隨 著朝向行進方向而直徑擴大，同時入射於光控制部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，在入射稜鏡配置用凹部41中的左內側面41a與填充材 44的界面時，雷射La不會產生折射。
[0143] 其次，在填充材44的內部行進的各發光兀件7每一個的雷射La，在使光束直徑隨 著朝向行進方向而直徑擴大的同時，入射於反射/透射層43。而且，反射/透射層43如上 述使所入射的各發光元件7每一個的雷射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的入射面42a側。此外，作為反射/透射層43的反射率及 透射率，在能得到被認為足夠用於監視雷射La的輸出的光量的監視光Μ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期望的值。而且，在此種反射或透射時，如圖 23所不，反射/透射層43使入射於反射/透射層43的各發光兀件7每一個的雷射La各自 的一部分（反射率份的光），作為與各發光兀件7分別相對應的各發光兀件7每一個的監視 光Μ而朝向與各監視光Μ對應的各第3透鏡面13側反射。
[0144] 而且，如此通過反射/透射層43所反射的各發光元件7每一個的監視光Μ，在朝向 各第3透鏡面13側在填充材44的內部行進後，入射於稜鏡配置用凹部41的內底面41c。 而且，入射於內底面41c的各發光元件7每一個的監視光M，在於透鏡陣列本體34的內部行 進後，從各第3透鏡面13朝向與它們對應的各受光元件8分別射出。
[0145] 另一方面，通過反射/透射層43所透射的各發光元件7每一個的雷射La，在透射 後立即入射於稜鏡42的入射面42a，在稜鏡42內部的光路上，朝向各第2透鏡面12側行 進，並且使光束直徑隨著朝向行進方向而直徑擴大。
[0146] 此時，由於反射/透射層43的厚度極薄，各發光元件7每一個的雷射L透射反射 /透射層43時的折射，小至可以忽略。
[0147] 其次，在稜鏡42內部行進的各發光元件7每一個的雷射La，從稜鏡42的射出面 42b射出至稜鏡42的外部，經過填充材44後，入射於稜鏡配置用凹部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，在各發光 元件7每一個的雷射La上不會產生折射及菲涅耳反射。
[0148] 其次，各發光元件7每一個的雷射La在右內側面41b以後的透鏡陣列本體34的 內部的光路上，朝向各第2透鏡面12側行進，並且使光束直徑隨著朝向行進方向而直徑擴 大。
[0149] 而且，各發光元件7每一個的雷射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。
[0150] 根據本實施形態，在適合於發光元件7的雷射La的輸出的調整的構成中，能有效 地緩和第2透鏡面12上的異物/傷痕對於耦合效率的影響。
[0151] 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。
[0152] 實施例1
[0153] 其次，在本實施例中，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 -光纖間的耦合效率的影響。
[0154] 此外，在本模擬中，使用在如第1實施形態所示的第1透鏡面11的背面側配置有 第2透鏡面12的類型的透鏡陣列。
[0155] 另外，VCSEL為Φ0. 01 mm、NA0. 15(然而，光束直徑為強度降低至最大強度的1/e2 的周緣部的直徑）、使用波長850nm，光纖5為Φ 0· 05醒、ΝΑΟ. 20。
[0156] 再者，VCSEL與第1透鏡面11的距離為0· 14 mm。
[0157] 進一步，在本模擬中，如圖27所示，在從第2透鏡面12的中心（X = 0. 00醒、y = 〇· 〇〇 mm )至 〇· 〇15 mm的位置 Pi (X = 〇· 〇〇 mm、y = 〇· 〇15 mm )，假設有大小為 φ 〇· 〇2 mm的異 物。
[0158] 另外，光纖5側的散焦（Defocus)位置，在無異物的狀況下，為耦合效率最佳的位 置。
[0159] 在此種條件下進行的本模擬的結果，表示於以下表1、圖28及圖29。
[0160] 表 1
[0161]

【權利要求】
1. 一種透鏡陣列，配置在排列配置有多個光電轉換元件的光電轉換裝置與光傳輸體之 間，能夠將上述多個光電轉換元件與上述光傳輸體光學耦合，其特徵在於，具有： 多個第1透鏡面，以在與上述多個光電轉換元件對應的預定排列方向上排列的方式配 置於透鏡陣列本體中的上述光電轉換裝置側的第1面，使耦合上述多個光電轉換元件與上 述光傳輸體的各光電轉換元件每一個的光通過；及 多個第2透鏡面，以沿著上述排列方向排列的方式配置於上述透鏡陣列本體中的上述 光傳輸體側的第2面，使上述光通過； 上述第1透鏡面或上述第2透鏡面形成為面形狀，該面形狀為通過使上述光的光束直 徑隨著從上述第1透鏡面側朝向上述第2透鏡面側而直徑擴大，從而使上述第2透鏡面上 的上述光的光點直徑比上述第1透鏡面上的上述光的光點直徑更大的形狀。
2. 如權利要求1所述的透鏡陣列，其特徵在於， 上述光電轉換元件為發光元件， 上述第1透鏡面為形成為：使從上述發光元件射出的上述光以比準直器的情況下還弱 的折射力而會聚的凸透鏡面或平透鏡面或使上述發光元件的上述光發散的凹透鏡面。
3. 如權利要求1或2所述的透鏡陣列，其特徵在於， 上述第2面為配置成與上述第1面正交的面， 在上述第1透鏡面與上述第2透鏡面之間，配置有使從這兩個透鏡面的一方側入射的 上述光朝向另一方側反射的反射面。
4. 如權利要求3所述的透鏡陣列，其特徵在於， 上述光電轉換裝置是配置有至少1個接收監視光的受光元件的裝置，該監視光用於監 視從作為上述光電轉換元件的多個發光元件的至少1個所發出的上述光， 具備：至少1個第3透鏡面，配置於上述第1面，使從上述透鏡陣列本體的內部側所入 射的上述監視光，朝向上述受光元件射出；及 光控制部，配置於上述透鏡陣列本體中的上述反射面與上述第2透鏡面之間的光路 上，控制為入射通過上述反射面朝向上述第2透鏡面側所反射的上述多個發光元件每一個 的光，使該所入射的多個發光元件每一個的光，以預定的反射率反射而向上述第3透鏡面 側行進，並且以預定的透射率透射而向上述第2透鏡面側行進，此時，使上述多個發光元件 每一個的光的至少之一作為上述監視光而反射。
5. 如權利要求1或2所述的透鏡陣列，其特徵在於， 上述第2面為配置成與上述第1面相對的面， 上述第1透鏡面上的光軸與上述第2透鏡面上的光軸配置在同一直線上。
6. -種光模塊，其特徵在於，具備： 權利要求1至5中任一項所述的透鏡陣列，及 權利要求1、2或4所述的光電轉換裝置。
【文檔編號】G02B6/42GK104105990SQ201280069462
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2012年12月14日 優先權日:2012年2月10日
【發明者】澀谷和孝, 森岡心平 申請人:恩普樂股份有限公司