光插座、光模块及光插座的制造方法与流程

1.本发明涉及光插座、光模块及光插座的制造方法。


背景技术：

2.以往，在使用了光纤或光波导等光传输体的光通信中，使用具备面发射激光器(例如，垂直腔面发射激光器(vcsel：vertical cavity surface emitting laser))等发光元件或光电探测器等受光元件的光模块。光模块具有一个或两个以上的光电转换元件(发光元件或受光元件)以及发送用、接收用或发送接收用的光插座。
3.专利文献1中记载了包括物面(第一光学面)和像面(第二光学面)的树脂制的透镜结构体(光插座)。专利文献1所记载的透镜结构体中，以与物面相对的方式，将光源或光检测装置固定于透镜结构体，并向筒部插入光纤，由此，以与像面相对的方式将光纤固定于透镜结构体。专利文献1所记载的透镜结构体将从光源射出的光引导至光纤的端面，或将从光纤射出的光引导至光检测装置。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2006-163372号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.在此，为了提高光源或光检测装置与光纤之间的光耦合率，需要以高精度成型用于对光纤进行定位的筒部。一般地，在如专利文献1所记载那样的透镜结构体中，使用一条较长的针形模具来成型筒部的内侧。此时，由于成型时的熔融树脂的压力，有时会导致针形模具的位置稍微错开。另外，这样的透镜结构体是由树脂制成的，因此，有时也会由于成型时的树脂的收缩而变形。这样，在如专利文献1所记载那样的透镜结构体中，对于轴向上较长的筒部的整体，要求较高的成型精度，但是，由于针形模具的位置偏差和成型件的应变等原因，难以达到所要求的精度。
9.本发明的目的在于提供即使使用针形模具来成型也能够适当地将光传输体定位的光插座。另外，本发明的另一目的在于提供具有该光插座的光模块。进一步地，本发明的目的还在于提供该光插座的制造方法。
10.解决问题的方案
11.本发明的一实施方式的光插座是一体成型的光插座，用于在配置于包括光电转换元件的光电转换元件封装与光传输体之间时将所述光电转换元件和所述光传输体光学耦合，该光插座具有：第一光学面，用于使从所述光电转换元件封装射出的光入射至所述光插座的内部，或使在所述光插座的内部行进后的光向所述光电转换元件封装射出；第二光学面，用于使在所述光插座的内部行进后的光向所述光传输体射出，或使从所述光传输体射出的光入射至所述光插座的内部；以及第二筒部，以围绕所述第二光学面的第二中心轴的
方式配置于比所述第二光学面远离所述第一光学面的位置，所述第二筒部包括：第一内侧面，其与所述第二中心轴垂直的剖面的形状为圆形；以及第二内侧面，其与所述第二中心轴垂直的剖面的形状为圆形，所述第二内侧面配置于比所述第一内侧面更靠所述第二光学面侧的位置，且用于将所述光传输体保持在与所述第二光学面相对的位置，所述第一内侧面的直径比所述第二内侧面的直径大，所述第二内侧面的沿所述第二中心轴的方向的长度在0.5mm～4.0mm的范围内。
12.本发明的一实施方式的光模块具有：包括光电转换元件的光电转换元件封装；以及用于使所述光电转换元件和光传输体光学耦合的上述本发明的一实施方式的光插座。
13.本发明的一实施方式的光插座的制造方法是上述本发明的一实施方式的光插座的制造方法，使用具有第一成型面和第二成型面的模具来形成所述第一筒部的内侧面，所述第一成型面具有与所述第一内侧面互补的形状，所述第二成型面具有与所述第二内侧面互补的形状。
14.发明效果
15.根据本发明，可以提供即使使用针形模具来成型也能够适当地将光传输体定位的光插座。因此，根据本发明，可以提供能够适当地进行光通信的光插座和光模块。
附图说明
16.图1是在固定了光传输体的状态下的本发明的实施方式的光模块的剖面图。
17.图2a、图2b是用于说明本发明的实施方式的光插座的特征的剖面图。
18.图3a～图3c是用于说明本发明的实施方式的光插座的制造方法的剖面图。
19.附图标记说明
20.100 光模块
21.110 光电转换元件封装
22.111 壳体
23.112 光电转换元件
24.113 导线
25.114 发光元件
26.115 受光元件
27.116 粘接剂的固化物
28.120、220 光插座
29.121 第一光学面
30.122 第二光学面
31.123、223 第二筒部
32.123a 第一内侧面
33.123b 第二内侧面
34.123c 第一台阶面
35.123d 第三内侧面
36.123e 第二台阶面
37.124 第一筒部
38.130 光传输体
39.131 套管
40.132 穿纤插芯
41.133 套筒
42.300 模具
43.310 第一模具
44.311 第一成型面
45.312 第二成型面
46.320 第二模具
47.350 型腔
48.ca1 第一中心轴
49.ca2 第二中心轴
具体实施方式
50.下面，参照附图对本发明的一实施方式的光插座和光模块进行详细的说明。
51.(光模块的结构)
52.图1是固定了光传输体130的状态下的本实施方式的光模块100的剖面图。应予说明，在图1中，用虚线表示光传输体130、套管131、穿纤插芯132及套筒133。
53.如图1所示，光模块100具有：光电转换元件封装110和光插座120。光模块100是在光传输体130连接到光插座120的状态下使用的。在本实施方式中，预先将穿纤插芯132和套筒133配置于光插座120，通过将保持有光传输体130的套管131插入套筒133中，使光插座120与光传输体130连接在一起。在本实施方式中，套管131所保持的光传输体130被保持于第一内侧面123a，而穿纤插芯132所保持的光传输体130被保持于第一内侧面123a和第二内侧面123b。光模块100可以是发送用的光模块，也可以是接收用的光模块。在本实施方式中，光模块100是发送用的光模块，光插座120将从光电转换元件封装110射出的光引导至光传输体130的端面。应予说明，在光模块100是接收用的光模块的情况下，光插座120将从光传输体130的端面射出的光引导至光电转换元件封装110。
54.光电转换元件封装110包括：壳体111、光电转换元件112及导线113。在壳体111的内部配置有光电转换元件112。光电转换元件封装110被固定于光插座120。在本实施方式中，光电转换元件封装110通过粘接剂的固化物116固定于光插座120。
55.光电转换元件112是发光元件114或受光元件115，配置于壳体111的内部。在光模块100是发送用的光模块的情况下，光电转换元件112是发光元件114。另外，在光模块100是接收用的光模块的情况下，光电转换元件112是受光元件115。在本实施方式中，光模块100是发送用的光模块，因此，光电转换元件112是发光元件114。发光元件114例如是垂直腔面发射激光器(vcsel)。在光模块100是接收用的光模块的情况下，光电转换元件112是受光元件115。受光元件115例如是光电探测器。
56.导线113的一个端部与光电转换元件112连接。导线113以从壳体111的底面突出的方式配置。不特别地限定导线113的数量。在本实施方式中，导线113的数量是3根。另外，在本实施方式中，3根导线113配置为在仰视光电转换元件封装110时沿周向隔开相等间隔。
57.光插座120在配置于光电转换元件封装110与光传输体130之间时，将包括发光元件114或受光元件115的光电转换元件封装110与光传输体130的端面光学耦合。在如本实施方式那样使用发送用的光模块100的情况下，光插座120使从作为光电转换元件112的发光元件114射出的光入射，并使该入射光向光传输体130的端面射出。应予说明，在使用接收用的光模块100的情况下，光插座120使从光传输体130的端面射出的光入射，并将其向作为光电转换元件112的受光元件115的受光面射出。
58.不特别地限定光传输体130的种类。光传输体130的种类的例子包括光纤和光波导。在本实施方式中，光传输体130是光纤。另外，光纤可以是单模态方式，也可以是多模态方式，但优选是单模态方式。
59.在本实施方式中，光传输体130通过套管131、穿纤插芯132及套筒133固定于光插座120。套管131是以围绕光传输体130的方式配置的大致圆筒形的部件。套管131所保持的光传输体130的前端从套管131突出。套筒133是以覆盖光插座120的第二筒部123的第一内侧面123a的方式配置的大致圆筒形的部件。穿纤插芯132是以覆盖光插座120的第二筒部123的第二内侧面123b和套筒133的内侧面的一部分的方式配置的大致圆筒形的部件。在本实施方式中，穿纤插芯132是与套管131直接连接的、较短且两端经抛光的内置有光纤的单芯圆筒型套管。通过将在内部配置有光传输体130的套管131插入配置有套筒133和穿纤插芯132的光插座120中，来将光传输体130定位并固定于光插座120。
60.应予说明，光传输体130也可以不通过穿纤插芯132和套筒133而固定于光插座120。例如，可以通过将配置为围绕光传输体130的端部的套管131以使其与光插座120的第二筒部123的第二内侧面123b接触的方式插入光插座120中，来将光传输体130定位并固定于光插座120。
61.(光插座的结构)
62.光插座120是大致圆筒状的光学部件。在本实施方式中，在光插座120的一端固定有光传输体130，在另一端固定有光电转换元件封装110。光插座120具有：第一光学面121、第二光学面122及第二筒部123。在本实施方式中，光插座120除了上述结构以外，还具有第一筒部124。
63.光插座120是使用对于光通信中所用的波长的光具有透光性的材料来形成的。光插座120的材料的例子包括：ultem(注册商标)等聚醚酰亚胺(pei)和环状烯烃树脂等透明树脂。另外，例如通过注射成型来一体成型地制造光插座120。
64.第一光学面121是用于使从光电转换元件封装110(发光元件114)射出的光入射至光插座120的内部、或使由第二光学面122入射且在光插座120的内部行进后的光向光电转换元件封装110(受光元件115)射出的光学面。不特别地限定第一光学面121的形状。第一光学面121既可以是向光电转换元件封装110呈凸状的凸透镜面，也可以是相对于光电转换元件封装110呈凹状的凹透镜面，还可以是平面。在本实施方式中，第一光学面121是向光电转换元件封装110呈凸状的凸透镜面。不特别地限定第一光学面121的俯视形状。第一光学面121的俯视形状可以是圆形，也可以是椭圆形。在本实施方式中，第一光学面121的俯视形状是圆形。
65.第一光学面121的第一中心轴ca1可以与光电转换元件112的表面(发光元件114的发光面)垂直，也可以不垂直。在本实施方式中，第一中心轴ca1与光电转换元件112的表面
(发光元件114的发光面)垂直。另外，优选地，第一光学面121的第一中心轴ca1与光电转换元件封装110的表面(发光元件114的发光面)的中心重合。在第一光学面121的周围配置有第一筒部124。
66.第一筒部124以围绕第一光学面121的第一中心轴ca1的方式配置，且将光电转换元件封装110保持在与第一光学面121相对的位置。不特别地限定第一筒部124的形状，只要能够由其内侧面保持光电转换元件封装110即可。在本实施方式中，第一筒部124的形状是圆筒形。光电转换元件封装110被插入第一筒部124中。光电转换元件封装110被插入第一筒部124中并通过粘接剂的固化物116固定于第一筒部124，由此光电转换元件封装110被固定于光插座120。
67.第二光学面122是用于使由第一光学面121入射且在光插座120的内部行进后的光向光传输体130的端面射出、或使从光传输体130的端面射出的光入射至光插座120的内部的光学面。不特别地限定第二光学面122的形状。第二光学面122可以是向光传输体130呈凸状的凸透镜面，也可以是相对于光传输体130呈凹状的凹透镜面，还可以是平面。在本实施方式中，第二光学面122是平面。不特别地限定第二光学面122的俯视形状。第二光学面122的俯视形状可以是圆形，也可以是椭圆形。在本实施方式中，第二光学面122的俯视形状是圆形。
68.第二光学面122的第二中心轴ca2可以与光传输体130的端面垂直，也可以不垂直。在本实施方式中，第二中心轴ca2与光传输体130的端面垂直。优选地，第二光学面122的第二中心轴ca2与光传输体130的端面的中心重合。应予说明，在本实施方式中，第一中心轴ca1与第二中心轴ca2重合。在第二光学面122的周围配置有第二筒部123。
69.第二筒部123在比第二光学面122远离第一光学面121的位置以围绕第二光学面122的第二中心轴ca2的方式配置，且将光传输体130直接或间接地保持在与第二光学面122相对的位置。第二筒部123的形状是大致圆筒形。第二筒部123具有：第一内侧面123a；以及配置于比第一内侧面123a更靠第二光学面122侧的位置的第二内侧面123b。在本实施方式中，第二筒部123还具有：将第一内侧面123a和第二内侧面123b连接的第一台阶面123c；配置于比第二内侧面123b更靠第二光学面122侧的位置的第三内侧面123d；以及将第二内侧面123b和第三内侧面123d连接的第二台阶面123e。
70.第一内侧面123a是配置于第二筒部123的开口部侧的内侧面。不特别地限定第一内侧面123a的形状。在本实施方式中，从便于插入光传输体130的观点考虑，第一内侧面123a的开口部侧的端部是以随着靠近第二光学面122而接近第二中心轴ca2的方式形成的锥面。另一方面，从保持套筒133的观点考虑，第一内侧面123a的其他部分形成为与第一中心轴ca1平行的曲面。另外，第一内侧面123a的与第二中心轴ca2垂直的剖面的形状为圆形。第一内侧面123a与第二内侧面123b不同，不需要保持光传输体130，因此，第一内侧面123a的直径比第二内侧面123b的直径大。不特别地限定第一内侧面123a的沿第二中心轴ca2的方向的长度。在本实施方式中，从保持套筒133的观点出发，适当设定第一内侧面123a的长度。例如，第一内侧面123a的长度在3.5mm～8.0mm的范围内。在本实施方式中，第一内侧面123a的沿第二中心轴ca2的方向的长度为6.0mm。
71.第二内侧面123b配置于比第一内侧面123a更靠第二光学面122侧的位置，且将光传输体130保持在与第二光学面122相对的位置。在本实施方式中，第二内侧面123b通过穿
纤插芯132间接地保持光传输体130。在本实施方式中，第二内侧面123b经由第一台阶面123c与第一内侧面123a连接，并经由第二台阶面123e与第三内侧面123d连接。对于第二内侧面123b的形状，只要能够将光传输体130直接或间接地(例如通过穿纤插芯132或套管131)保持即可，不特别地进行限定。在本实施方式中，第二内侧面123b的与第二中心轴ca2垂直的剖面的形状与穿纤插芯132的外形对应地呈圆形。第二内侧面123b的直径根据保持对象(例如光传输体130、穿纤插芯132或套管131)而适当设定。第二内侧面123b的直径比第一内侧面123a的直径小，且比第三内侧面123d的直径大。从适当地保持光传输体130的观点以及从缩短后述的针形的第一模具310中的高精度加工部位的长度的观点考虑，第二内侧面123b的沿第二中心轴ca2的方向的长度在0.5mm～4.0mm的范围内。另外，若穿纤插芯的全长的40％左右与第二内侧面接触，则容易发挥效果，因此，第二内侧面123b的沿第二中心轴ca2的方向的长度优选为1.0mm～2.5mm。在本实施方式中，第二内侧面123b的沿第一中心轴ca1的方向的长度为0.5mm。
72.第一台阶面123c将第一内侧面123a和第二内侧面123b连接。不特别地限定第一台阶面123c的结构。在本实施方式中，第一台阶面123c是平面。
73.在本实施方式中，套筒133的前端与第一台阶面123c抵接。
74.第三内侧面123d配置于比第二内侧面123b更靠第二光学面122侧的位置。在本实施方式中，第三内侧面123d经由第二台阶面123e与第二内侧面123b连接。不特别地限定第三内侧面123d的形状，只要不会给第二光学面122与光传输体130的端面之间的光路带来影响即可。在本实施方式中，第三内侧面123d的与第二中心轴ca2垂直的剖面的形状为圆形。第三内侧面123d的直径比第二内侧面123b的直径小。
75.第二台阶面123e将第二内侧面123b和第三内侧面123d连接。不特别地限定第二台阶面123e的结构。在本实施方式中，第二台阶面123e是平面。在本实施方式中，穿纤插芯132的前端与第二台阶面123e抵接。
76.在此，对本实施方式的光插座120的特征进行说明。图2a是本实施方式的光插座120的剖面图。图2b是比较例的光插座220的剖面图。在比较例的光插座220中，第二筒部223不具有第一内侧面123a，因此，第二内侧面123b的沿第二中心轴ca2的方向的长度相应地变长。即，在比较例的光插座120中，将光传输体130(穿纤插芯132)定位的第二内侧面123b的长度显著地比本实施方式的光插座120长。
77.如图2a所示，在本实施方式的光插座120中，套筒133以覆盖第一内侧面123a的方式配置，穿纤插芯132以覆盖第二内侧面123b和套筒133的内侧面的一部分的方式配置。接着，固定于套管131的光传输体130被插入。这样，在本实施方式的光插座120中，光传输体130相对于第二光学面122的位置精度取决于第二内侧面123b。因此，为了确保光传输体130相对于第二光学面122的位置精度，第二内侧面123b的成型精度是重要的。
78.另一方面，如图2b所示，在比较例的光插座220中，套筒133以覆盖第一内侧面123a的方式配置，穿纤插芯132以覆盖套筒133的内侧面中的第二光学面122侧的一部分的方式配置。接着，固定于套管131的光传输体130被插入。这样，在比较例的光插座220中也同样地，光传输体130相对于第二光学面122的位置精度取决于第二内侧面123b。因此，为了确保光传输体130相对于第二光学面122的位置精度，第二内侧面123b的成型精度是重要的。
79.本实施方式的光插座120与比较例的光插座220相比，第二内侧面123b的沿第二中
心轴ca2的方向的长度不同。具体而言，在本实施方式的光插座120中，该长度为1mm；在比较的光插座220中，该长度为4mm。
80.这样，在本实施方式的光插座120中，由于设置了第一内侧面123a，与比较例的光插座220相比较，第二内侧面123b的沿第二中心轴ca2的方向的长度较短。由此，在通过注射成型制造光插座120的情况下，在用于成型第二筒部123的内侧面的针形的第一模具310(后述)中，精度要求高的部分(与光传输体130相对于第二光学面122的位置精度有关的部分)变小，并且，细的部分变小，粗的部分增大。因此，即使在需要对第一模具310中精度要求高的部分进行修正的情况下，也能够容易地进行修正。另外，在注射成型时，第一模具310的位置不易偏移，且在第二内侧面123b上不易产生应变。
81.另一方面，在比较例的光插座220中，在第一模具310中精度要求高的部分较大。因此，在需要对第一模具310中精度要求高的部分进行修正的情况下，难以进行修正。另外，在注射成型时，第一模具310的位置容易偏移，且在第二内侧面123b上容易产生应变。
82.(光插座的制造方法)
83.接着，对光插座120的制造方法进行说明。图3a～图3c是用于说明光插座120的制造方法的图。在此，对通过注射成型制造作为注射成型件的光插座120的方法进行说明。在本实施方式的光插座的制造方法中，使用具有第一成型面311和第二成型面312的第一模具310来形成第二筒部123的内侧面，该第一成型面311具有与第一内侧面123a互补的形状，该第二成型面312具有与第二内侧面123b互补的形状。
84.作为注射成型件的光插座120是使用模具300来制造的。不特别地限定模具300的结构，只要具有第一模具310即可。在本实施方式中，模具300具有：第一模具310和第二模具320。第一模具310是用于成型第一内侧面123a和第二内侧面123b的模具镶块。在本实施方式中，第一模具310除了成型第一内侧面123a和第二内侧面123b以外，还成型第一台阶面123c、第三内侧面123d及第二台阶面123e。第一模具310具有：第一成型面311和第二成型面312。第一成型面311具有与第一内侧面123a互补的形状。即，在本实施方式中，第一成型面311的剖面形状为圆形。第二成型面312具有与第二内侧面123b互补的形状。即，在本实施方式中，第二成型面312的剖面形状为圆形。不特别地限定第二模具320的结构。第二模具320对第二筒部123的内侧面以外的光插座120的外表面进行成型。对于第二模具320的镶块的数量，也不特别地进行限定。
85.光插座120的制造方法具有：合模工序、填充工序、保压工序及开模工序。
86.如图3a所示，在合模工序中，通过将第一模具310和第二模具320合模，来形成型腔350。型腔350具有与光插座120互补的形状。如图3b所示，在填充工序中，从未图示的浇口向型腔350内填充熔融树脂。如图3b所示，在保压工序中，型腔350内的熔融树脂在保压的同时自然冷却。如图3c所示，在开模工序中，打开模具300取出作为注射成型件的光插座120。通过以上工序，得到作为注射成型件的光插座120。
87.(效果)
88.如以上所述，在本实施方式的光插座120中，与光传输体130相对于第二光学面122的位置精度有关的第二内侧面123b较小，使得修改模具以提高光传输体130相对于第二光学面122的位置精度更加容易。另外，在注射成型时，第一模具310的位置不易偏移，且在第二内侧面123b上不易产生应变，因此，在本实施方式的光插座120中，光传输体130相对于第
二光学面122的位置精度优异，能够进行光耦合效率高的光通信。
89.工业实用性
90.本发明的光插座和光模块对于使用光传输体的光通信是有用的。