光學(xué)組件和制造光學(xué)組件的方法
【專利摘要】公開了一種光學(xué)組件（90），其中，所述光學(xué)組件提供光學(xué)器件（3）和保持器（1），所述保持器包括套筒（10）、裙座（20）和透鏡（30）。所述套筒具有孔（11），外光纖（2a）安置在所述孔（11）中以與所述光學(xué)器件耦合，所述孔在其端部中提供目標(biāo)表面（13）。所述目標(biāo)表面包括指示透鏡的軸線（L）的瞄準(zhǔn)位標(biāo)（16）。
【專利說明】光學(xué)組件和制造光學(xué)組件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)組件，尤其涉及一種包括光學(xué)器件和由接納器、裙座和透鏡結(jié)合而成的保持器的光學(xué)組件。本發(fā)明還涉及制造光學(xué)組件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近來的通信系統(tǒng)不斷地要求更高的速度和更大的容量。在光學(xué)通信系統(tǒng)中廣泛地應(yīng)用包括半導(dǎo)體光學(xué)器件(例如，用于發(fā)射光的激光二極管(LD)或用于接收光的光電二極管(PD))以及將半導(dǎo)體光學(xué)器件與外光纖耦合的機構(gòu)的光學(xué)組件。光學(xué)器件通常具有所謂的CAN封裝件，而耦合機構(gòu)包括接納外光纖的套筒、接納CAN封裝件的裙座以及與套筒和裙座形成一體的透鏡。
[0003]日本專利申請公開N0.JP-2010-107692A已經(jīng)披露了具有光學(xué)器件和耦合機構(gòu)的光學(xué)組件。圖15的縱剖圖示意性地示出上述現(xiàn)有技術(shù)中披露的光學(xué)組件。光學(xué)組件100包括保持器110和光學(xué)器件102，光學(xué)器件102內(nèi)部安裝有半導(dǎo)體光學(xué)器件103。保持器110包括套筒112、透鏡113和裙座114。另一日本專利申請公開N0.JP-2007-155973A已經(jīng)披露了一種制造光學(xué)組件的方法，其中半導(dǎo)體光學(xué)器件在將保持器與光學(xué)器件對準(zhǔn)的處理中實際地發(fā)射光。使半導(dǎo)體光學(xué)器件在與器件的光軸垂直的平面中滑動并且監(jiān)測從光纖的末端提供的光，來使光學(xué)器件在光的對稱場分布圖的中心處與保持器組裝。
[0004]對于前一現(xiàn)有技術(shù)所披露的光學(xué)組件，為了獲得光學(xué)器件和外光纖之間的期望率禹合效率，優(yōu)選地將半導(dǎo)體器件103定位在透鏡113的焦點上。具體地，在外光纖為所謂的多模光纖的情況下，半導(dǎo)體器件103需要定位在透鏡113的焦點周圍大約10 μ m內(nèi)。然而，將光學(xué)器件103安裝在光學(xué)器件102內(nèi)固有地具有相當(dāng)于或大于上述限制的對準(zhǔn)容限。
[0005]制造后一現(xiàn)有技術(shù)中所披露的光學(xué)組件的方法不僅需要實際地激發(fā)半導(dǎo)體器件以及準(zhǔn)備監(jiān)控光的振幅的裝置，而且該方法花費較長的時間來確定最佳位置。本發(fā)明提供一種保持器的改進布置方式以及制造光學(xué)組件的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個方案涉及與外光纖耦合的光學(xué)組件。所述光學(xué)組件可以包括光學(xué)器件和保持器。所述光學(xué)器件內(nèi)部可以安裝有半導(dǎo)體光學(xué)器件；而所述保持器可以包括套筒、裙座和透鏡，所述套筒具有接納所述外光纖的第一孔，所述裙座與所述光學(xué)器件固定在一起，所述透鏡置于所述套筒和所述裙座之間。根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)組件的特征在于，所述套筒的第一孔在其端部可設(shè)置有目標(biāo)表面，所述目標(biāo)表面包括指示所述透鏡的軸線的貓準(zhǔn)位標(biāo)。
[0007]所述第一孔還可設(shè)置有在所述目標(biāo)表面和開口之間的臺階部，所述臺階部抵靠在插芯上，所述外光纖插入所述開口中，所述插芯用于緊固所述外光纖的末端。套筒還可以包括第二孔，所述第二孔的直徑小于第一孔的直徑以在第一孔和第二孔之間形成臺階部。所述臺階部可以提供指示所述軸線的中心的瞄準(zhǔn)位標(biāo)的功能。[0008]當(dāng)半導(dǎo)體光學(xué)器件為光發(fā)射器件并且具有從中發(fā)射光的有源區(qū)域時，對于從半導(dǎo)體光學(xué)器件發(fā)射的光的波長，透鏡可在包括目標(biāo)表面的虛擬平面上產(chǎn)生有源區(qū)域的聚焦圖像，并且有源區(qū)域的聚焦圖像的中心可與透鏡的中心對準(zhǔn)。另一方面，當(dāng)半導(dǎo)體光學(xué)器件為光接收器件并且具有外光纖提供的光所入射的有源區(qū)域時，對于從外光纖提供的光的波長，透鏡可以在包括目標(biāo)表面的虛擬平面上產(chǎn)生有源區(qū)域的聚焦圖像，并且有源區(qū)域的聚焦圖像的中心可與透鏡的中心對準(zhǔn)?？蛇x地，對于屬于光學(xué)器件的光，透鏡可以在虛擬平面上產(chǎn)生半導(dǎo)體光學(xué)器件的有源區(qū)域的聚焦圖像，其中虛擬平面可沿透鏡的軸線偏離目標(biāo)表面。在本發(fā)明的又一實施例中，對于屬于半導(dǎo)體光學(xué)器件的光，透鏡可以在包括臺階部的虛擬平面上產(chǎn)生半導(dǎo)體光學(xué)器件的有源區(qū)域的聚焦圖像。
[0009]目標(biāo)表面可設(shè)置有至少兩個瞄準(zhǔn)位標(biāo)，每個瞄準(zhǔn)位標(biāo)均具有指示所述透鏡的軸線的基準(zhǔn)邊緣，其中每個基準(zhǔn)邊緣均位于被透鏡聚焦到目標(biāo)表面上的有源區(qū)域的圖像的內(nèi)輪廓與虛擬圖像的外輪廓之間，所述外輪廓是聚焦到所述虛擬平面上的有源區(qū)域的圖像的四倍。
[0010]本發(fā)明的另一方案涉及制造光學(xué)組件的方法，所述光學(xué)組件包括光學(xué)器件和保持器，所述光學(xué)器件安裝有具有有源區(qū)域的半導(dǎo)體光學(xué)器件，所述保持器具有接納外光纖的套筒、接納光學(xué)器件的裙座以及置于套筒和裙座之間的透鏡，其中套筒、裙座和透鏡可彼此形成為一體。實施例的方法可以包括以下步驟:(a)在檢查投射到形成于所述套筒的深端中的目標(biāo)表面上的所述半導(dǎo)體光學(xué)器件的有源區(qū)域的圖像時，在與所述透鏡的軸線垂直的平面中將所述光學(xué)器件對準(zhǔn)；以及(b)將所述光學(xué)器件與所述保持器的裙座固定在一起。根據(jù)實施例的方法的特征在于，所述目標(biāo)表面可以包括指示所述透鏡的軸線的至少兩個瞄準(zhǔn)位標(biāo)。將聚焦到目標(biāo)表面上的圖像的中心與透鏡的軸線對準(zhǔn)，可以精確地且容易地執(zhí)行在與透鏡的軸線垂直的平面中光學(xué)器件和保持器之間的光學(xué)對準(zhǔn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]將參照下面的附圖對本發(fā)明的非限制性和非窮舉性實施例進行說明，其中除非另外指明，否則在各幅圖中相似的附圖標(biāo)記指代相似的部件。
[0012]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光學(xué)組件的縱剖圖；
[0013]圖2是安裝在圖1中所示的光學(xué)組件中的半導(dǎo)體光學(xué)器件的平面圖；
[0014]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的保持器的縱剖圖；
[0015]圖4A示出了瞄準(zhǔn)位標(biāo)的實例的縱剖圖，并且圖4B是示出瞄準(zhǔn)位標(biāo)和聚焦到目標(biāo)表面上的圖像之間的關(guān)系的平面圖；
[0016]圖5示出了保持器的縱剖圖，其中包括對具有第一波長的光進行從半導(dǎo)體光學(xué)器件至包括套筒的孔中的臺階部在內(nèi)的虛擬平面的光線追跡；
[0017]圖6示出了保持器的縱剖圖，其中包括對具有比圖5中的第一波長短的第二波長的光進行的另一光線追跡；
[0018]圖7示出了制造光學(xué)組件的流程圖，在保持器的目標(biāo)表面中設(shè)有瞄準(zhǔn)位標(biāo)；
[0019]圖8示出了利用對套筒的目標(biāo)表面進行檢查的圖像器件將光學(xué)器件與保持器對準(zhǔn)的處理；
[0020]圖9示出了圖8所示的處理之后的將光學(xué)器件與保持器對準(zhǔn)的處理；[0021]圖10示出了圖9所示的處理之后的將保持器與光學(xué)器件固定的處理；
[0022]圖11示意性地示出了利用圖9和圖10所示的處理中所應(yīng)用的圖像器件檢查的圖像；
[0023]圖12示出了變型保持器的縱剖圖，其中透鏡的軸線偏離套筒的軸線以使來自半導(dǎo)體光學(xué)器件的光以傾斜角度進入外光纖的末端；
[0024]圖13A是目標(biāo)表面上的變型貓準(zhǔn)位標(biāo)的側(cè)視圖，并且圖13B是其平面圖；
[0025]圖14A是目標(biāo)表面上的另一變型瞄準(zhǔn)位標(biāo)的側(cè)視圖，并且圖14B是其側(cè)視圖；以及
[0026]圖15示出了具有常規(guī)保持器的光學(xué)組件的縱剖圖，常規(guī)保持器的目標(biāo)表面上不具有任何貓準(zhǔn)位標(biāo)。
【具體實施方式】
[0027]接下來，將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施例進行說明。在附圖的描述中，相同的標(biāo)記或符號將指代相同或相似的元件，而不進行重復(fù)的說明。
[0028]圖1示出了具有保持器I的光學(xué)組件90的縱剖圖。光學(xué)組件90包括光學(xué)器件3，光學(xué)器件3內(nèi)部安裝有半導(dǎo)體光學(xué)器件4。光學(xué)器件3包括帽3a和底座3b，在底座3b上面安裝半導(dǎo)體光學(xué)器件4。保持器I的端部接納外光纖2a，外光纖2a具有用于對光纖的末端進行緊固的插芯2b。保持器I可將半導(dǎo)體器件4與外光纖2a光學(xué)耦合。外光纖2a可以是所謂的多模光纖。
[0029]半導(dǎo)體光學(xué)器件4可以為例如激光二極管(LD)或光電二極管(PD)。圖中所示的實施例安裝有通常稱為豎直腔表面發(fā)射式激光二極管(VCSEL)的LD4L，該LD發(fā)射具有例如850nm的波長的光。圖2是VCSEL4L的平面圖。VCSEL4L在主表面4a的角部中設(shè)置有有源區(qū)域4b，從有源區(qū)域4b中發(fā)射光。有源區(qū)域4b由具有環(huán)形形狀的電極4c圍繞以易于區(qū)分有源區(qū)域4b。電極4c延伸出位于主表面的另一角部中的焊盤4d，焊盤4d上結(jié)合有導(dǎo)線。當(dāng)安裝H)作為半導(dǎo)體光學(xué)器件4時，H)可以提供光接收區(qū)域作為有源區(qū)域以接收從外光纖2a提供的光。當(dāng)將邊緣發(fā)射型LD (從其邊緣或端面發(fā)射光)作為半導(dǎo)體光學(xué)器件4安裝在光學(xué)器件中時，可以通過在端面中形成凸起部來區(qū)分位于端面中的有源區(qū)域。
[0030]將參照圖3來說明根據(jù)實施例的保持器I。圖3示出了保持器I的縱剖圖，該保持器I包括套筒10、裙座20和透鏡30。具有光軸L的透鏡30與套筒10和裙座20整體地形成一體。軸線L與套筒10中的孔11的中心重合。這樣形成的保持器10可由諸如聚醚酰亞胺(PEI)、聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等光學(xué)透明樹脂制成。這種樹脂的注塑成型可形成保持器I。
[0031]裙座20接納如圖1所示的光學(xué)器件3。也就是說，裙座20包括底部21和孔22?？?2可接納帽3a，而底部21抵接光學(xué)器件3的底座3b的周邊。通過將底部21與底座3b固定起來，可以將光學(xué)器件3與保持器I組裝在一起。
[0032]套筒10包括孔11、目標(biāo)表面13和臺階部14。沿軸線L延伸的孔11的端部設(shè)置有用于接納插芯2b的開口 12,插芯2b緊固外光纖2a的端部。目標(biāo)表面13和臺階部14相對于軸線L基本上形成直角并且位于孔的深端中。目標(biāo)表面13設(shè)置有指示軸線L的位置的瞄準(zhǔn)位標(biāo)。稍后將對瞄準(zhǔn)位標(biāo)的細節(jié)進行說明。位于孔11的開口 12和目標(biāo)表面13之間的臺階部14附帶有第二孔15，第二孔15的直徑D2大于外光纖2a的直徑(通常為125 μ m)但是小于第一孔11的直徑。在本實施例中，第二孔的直徑優(yōu)選地為大約600 μ m。目標(biāo)表面13的直徑基本上等于第二孔的直徑D2。而臺階部14的直徑D3基本上等于第一孔11的直徑，略大于插芯2b的直徑且還大于第二孔15的直徑D2以在之間形成臺階部。
[0033]將對形成在目標(biāo)表面13上的瞄準(zhǔn)位標(biāo)16的細節(jié)進行說明。圖4A示出了縱剖圖，而圖4B為目標(biāo)表面13中的瞄準(zhǔn)位標(biāo)16的平面圖。瞄準(zhǔn)位標(biāo)16指示透鏡30的軸線L的位置以使VCSEL4L對準(zhǔn)軸線L。具體地，從套筒10的開口 12觀察孔11的深端，并且使VCSEL4L的有源區(qū)域4b (其圖像聚焦或投射在目標(biāo)表面13上)的中心接近瞄準(zhǔn)位標(biāo)16所指示的軸線L，這樣可使VCSEL4L與軸線L對準(zhǔn)。投射在目標(biāo)表面13上的有源區(qū)域4b的圖像的尺寸基本上變成有源區(qū)域4b的直徑Dl乘以透鏡30的放大倍率得到的值。
[0034]瞄準(zhǔn)位標(biāo)16可以為例如直徑為10 μ m至30 μ m的圓形凹部或平臺部，或十字形標(biāo)記。圖4示出了具有形成在目標(biāo)表面13中的圓形凹部的瞄準(zhǔn)位標(biāo)16，其中凹部具有大約20 μ m的直徑D4以及從目標(biāo)表面16的頂部到底部16b的大約10 μ m的深度AO。目標(biāo)表面13具有置于兩個輪廓17a和17b之間的瞄準(zhǔn)區(qū)域17。具有與透鏡30的軸線L對準(zhǔn)的中心的內(nèi)輪廓17a為投射在目標(biāo)表面13上的有源區(qū)域4b的廓影；而中心也與透鏡的軸線L對準(zhǔn)的外輪廓17b的區(qū)域為VCSEL4L的有源區(qū)域的區(qū)域的四倍，即，外輪廓17b的直徑為有源區(qū)域4b的直徑的兩倍。瞄準(zhǔn)區(qū)域17覆蓋瞄準(zhǔn)位標(biāo)16的基準(zhǔn)邊緣16a。基準(zhǔn)邊緣16a指示這樣的區(qū)域的周線:在該區(qū)域內(nèi)，投射在目標(biāo)表面13上的有源區(qū)域4b的圖像被完全覆蓋。圖中所示的實施例具有基準(zhǔn)邊緣16a，該基準(zhǔn)邊緣16a的圓形形狀的中心與透鏡30的軸線L對準(zhǔn)。
[0035]瞄準(zhǔn)位標(biāo)16，尤其是其基準(zhǔn)邊緣16a，優(yōu)選地形成在內(nèi)輪廓17a的外部，從而防止從VCSEL4L或外光纖2a發(fā)射的光發(fā)生散射。此外，基準(zhǔn)邊緣16a還優(yōu)選地形成在外輪廓17b的內(nèi)部，從而將有源區(qū)域4b的圖像與目標(biāo)表面13上的透鏡30的軸線L精確地對準(zhǔn)。而且，基準(zhǔn)邊緣16a優(yōu)選地具有這樣的區(qū)域:有源區(qū)域4b的直徑Dl乘以透鏡30的放大倍率，也就是，投射在目標(biāo)表面13上的有源區(qū)域4b的尺寸乘以一至二。例如，基準(zhǔn)邊緣16a所圍繞的區(qū)域具有10 μ m至30 μ m的直徑。
[0036]接下來，將參照圖5和圖6詳細地說明透鏡30。圖5示出了保持器10的縱剖圖，特別地，圖5包括具有預(yù)設(shè)波長(即，在VCSEL4L中產(chǎn)生且從VCSEL4L的有源區(qū)域4b中輸出的光的波長)的光的擬定追跡(lay trace)。當(dāng)半導(dǎo)體光學(xué)器件4為H)時，上述波長是從外光纖2a提供且進入PD的光的波長。預(yù)設(shè)波長可從例如800nm、850nm、1300nm和1490nm中選擇。
[0037]如圖5所示，假設(shè)有源區(qū)域4b作為物點，透鏡30具有第一焦點F1，或者光束腰。第一焦點Fl在包括在焦距深度范圍內(nèi)的臺階14的虛擬表面14a內(nèi)。具體地，假設(shè)VCSEL4L的有源區(qū)域4b作為物點，作為像點的第一焦點Fl被設(shè)定在臺階部的虛擬平面上，該虛擬平面等同于外光纖2a的端面。第一焦點Fl可沿透鏡30的軸線L從虛擬表面14a向偏離原始虛擬表面14a的另一虛擬表面偏移。
[0038]圖6示出了波長比圖5所示的光的波長短的另一擬定追跡的保持器10的縱剖圖。可稱為檢查波長的波長在可見范圍內(nèi)，優(yōu)選地短于600nm。圖6所示的實施例使用用于檢查的555nm的波長。對于具有555nm波長的光，透鏡30的第二焦點F2或光束腰的位置與包括焦深內(nèi)的目標(biāo)表面13在內(nèi)的虛擬平面14b重合。[0039]在來自VCSEL4L的光的波長為850nm、用于檢測的光的波長為550nm并且保持器I由PEI制成的條件下，具有焦點Fl和F2的透鏡30的具體結(jié)構(gòu)具有如圖5和圖6所示的彎曲表面31，彎曲表面31在冠部附近的曲率半徑例如為0.689mm。構(gòu)成保持器I的PEI在波長為850nm時具有1.67的折射率；而對于550nm的波長，PEI的折射率變成1.65。盡管上述透鏡30的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為球形曲率，但是透鏡30優(yōu)選地具有非球形結(jié)構(gòu)以校正自身的像差。
[0040]假設(shè)虛擬平面32與目標(biāo)表面13平行地延伸且包括透鏡30的彎曲表面31的冠部，從VCSEL4L的有源區(qū)域4b到該虛擬平面32的距離Al被設(shè)定為例如2.2mm ;從虛擬平面32到目標(biāo)表面13的距離被設(shè)定為例如3.146mm ;以及從目標(biāo)表面13到臺階部14的距離(其為第二孔15的深度)A3被設(shè)定為例如0.137_。隨著波長變短，透明樹脂通常表現(xiàn)出更小的折射率。因此，當(dāng)檢查光的波長被設(shè)定得較短時第二孔15的深度A3優(yōu)選地被設(shè)定為較大，從而避免檢查光和從VCSEL4L發(fā)射的光之間的干擾。
[0041]接下來，將參照圖7至圖10對具有保持器I的光學(xué)組件90的制造方法進行說明。圖7示出了制造光學(xué)組件90的流程圖；而圖8至圖10示出了形成光學(xué)組件90的處理。制造光學(xué)組件90的方法通過從套筒10的開口 12觀察目標(biāo)表面13來檢查VCSEL4L的有源區(qū)域4b相對于光軸L的失準(zhǔn)度；然后，可以使保持器I相對于光學(xué)器件3對準(zhǔn)以將上述失準(zhǔn)度設(shè)定在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，并且固定于該處。圖8至圖10附有笛卡爾坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系的Z軸與透鏡30的光軸L平行。
[0042]參照圖8，步驟SlOO準(zhǔn)備保持器I ;并且步驟SlOl將光學(xué)器件3固定在對準(zhǔn)裝置的XY鏡臺51上。XY鏡臺可使光學(xué)器件3沿X方向或Y方向在與包括抵接臺階部14的虛擬平面14a平行的平面中滑動。
[0043]步驟S102，可稱為Z對準(zhǔn)步驟，將工具52與保持器I組裝起來。工具52可提供圖像器件53 (通常為攝像機)和卡盤54。工具52為將圖像器件53與保持器I相連的設(shè)備。圖像器件53可檢查投射在目標(biāo)表面13上的有源區(qū)域4b的圖像。圖像器件53優(yōu)選地具有F數(shù)較小且焦深淺的透鏡，F(xiàn)數(shù)為透鏡的由焦距除以有效孔徑NA而確定的一個指標(biāo)?？ūP54可通過將保持器I插入圖像器件53中而將圖像器件53與保持器I組裝起來?？ūP54具有這樣的長度:當(dāng)卡盤54將保持器支撐在預(yù)設(shè)位置時，該長度可使圖像器件53的焦點F3與目標(biāo)表面13重合。
[0044]盡管圖8所示的實施例將圖像器件53與卡盤54組裝起來，但是可獨立地準(zhǔn)備這些部件。圖像器件53可檢查保持器I的目標(biāo)表面13的布置方式僅為圖像器件53和卡盤54中所要求的一個條件，具體地說，為將圖像器件53的焦點設(shè)定在包括目標(biāo)表面13的虛擬平面上的條件。
[0045]參照圖9，步驟S103將VCSEL4L沿Z方向光學(xué)對準(zhǔn)。在該處理中，圖像器件53首先檢查目標(biāo)表面13。因為圖像器件53的焦點F3被設(shè)定在包括目標(biāo)表面13的虛擬平面上，所以可以在視場的中心清楚地區(qū)分設(shè)置在目標(biāo)表面13上的瞄準(zhǔn)位標(biāo)16。然后，可以通過如下步驟執(zhí)行沿Z方向的對準(zhǔn):使工具52沿Z方向滑動而形成投射在目標(biāo)表面13上的有源區(qū)域4b的圖像，從而調(diào)節(jié)保持器I和光學(xué)器件3之間的相對距離。因此，通過將有源區(qū)域4b投射在目標(biāo)表面13上，可以在目標(biāo)表面13上清楚地區(qū)分開投射的有源區(qū)域4b和瞄準(zhǔn)位標(biāo)16的兩個圖像，并且可以在圖像器件53清楚地檢查目標(biāo)表面13上的兩個圖像的位置處完成Z對準(zhǔn)。[0046]在步驟S103中使用的檢查光優(yōu)選地為如下的單色光:波長為例如550nm以有利于精確的Z對準(zhǔn)，其中檢查光是從圖像器件53發(fā)射且由目標(biāo)表面13反射的。而且，為了將外光纖2a和VCSEL4L之間的光學(xué)耦合效率調(diào)節(jié)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，或者為了提高外光纖2a對光學(xué)器件3的位置容限，可以在圖像器件53清楚地區(qū)分開瞄準(zhǔn)位標(biāo)16和有源區(qū)域4b的投射圖像之后，執(zhí)行使保持器I沿Z方向偏離光學(xué)器件3的進一步的Z對準(zhǔn)。
[0047]參照圖10，步驟S104可以使VCSEL4L在與目標(biāo)表面13平行的平面(B卩，XY平面)中對準(zhǔn)。圖11示意性地示出了圖像器件53所檢查的圖像。當(dāng)有源區(qū)域4b的中心4d偏離透鏡的光軸L (在圖像器件53所檢查的圖像中由瞄準(zhǔn)位標(biāo)16間接區(qū)分開)時，可以通過調(diào)節(jié)XY鏡臺51來執(zhí)行使投射圖像的中心4d接近軸線L的處理。即使當(dāng)有源區(qū)域4b的圖像的中心4d偏離由瞄準(zhǔn)位標(biāo)16所區(qū)分的軸線L時，XY鏡臺51可容易地使中心4d處于與軸線L基本上對準(zhǔn)的位置。因此，在有源區(qū)域4b的投射圖像的中心4d與軸線L基本上重合之處，可以完成保持器I和光學(xué)器件3之間的XY對準(zhǔn)。
[0048]再次參照圖10，步驟S105將保持器的裙座20的底部與光學(xué)器件3的底座3b固定。然后，可以獲得表現(xiàn)出半導(dǎo)體光學(xué)器件4L和外光纖2a之間的良好耦合效率的光學(xué)組件90。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的實施例的保持器I包括具有開口 11的套筒10。將對外光纖2a的末端進行緊固的插芯2b插入到孔11中，可使保持器I與外光纖2a耦合。保持器I可進一步提供固定到光學(xué)器件3的裙座20 ;因此，安裝在光學(xué)器件3內(nèi)的半導(dǎo)體光學(xué)器件4L可借助保持器I與外光纖2a耦合。形成在套筒10和裙座30之間的透鏡30可提高半導(dǎo)體光學(xué)器件4L和外光纖2a之間的光學(xué)耦合效率。
[0050]而且，套筒10提供具有瞄準(zhǔn)位標(biāo)16的目標(biāo)表面13，瞄準(zhǔn)位標(biāo)16能夠指示透鏡3的軸線L。因此，在視覺檢查器件4L的投射的有源區(qū)域4b和光軸L的兩個圖像并且使有源區(qū)域4b的投射圖像接近軸線L時，可以執(zhí)行半導(dǎo)體光學(xué)器件4L的XY對準(zhǔn)。因此，根據(jù)實施例的設(shè)有保持器I的光學(xué)組件90，可容易地且在短時間內(nèi)執(zhí)行半導(dǎo)體光學(xué)器件4L與外光纖2a的光學(xué)對準(zhǔn)，而無需實際地激發(fā)半導(dǎo)體光學(xué)器件4L。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的實施例，套筒10提供了開口 12和目標(biāo)表面13之間的抵接臺階部14，該抵接臺階部可精確地確定外光纖2a的端部位置。抵接臺階部14附帶有第二孔15，第二孔15的底部與目標(biāo)表面13重合并且第二孔15的直徑被設(shè)定為比外光纖2a的直徑大，從而能夠通過將插芯2b抵接在抵接臺階部14上來自動且精確地確定外光纖2a的末端的位置并且能有效地保護光纖2a的末端免于受破壞。
[0052]透鏡30的特征在于，對于具有預(yù)設(shè)波長的光，在包括抵接表面14的虛擬平面14a上提供了焦點F1。外光纖2a的末端可通過將插芯2b抵接在抵接臺階部14上而定位在該虛擬平面14a上。該布置方式使從半導(dǎo)體光學(xué)器件4L發(fā)射的光能夠有效地會聚在外光纖2a上。焦點Fl可沿光軸L偏離虛擬平面，這不僅可以調(diào)節(jié)半導(dǎo)體光學(xué)器件4L和外光纖2a之間的光學(xué)耦合效率，而且可以提高外光纖2a和光軸L之間在XY平面中的對準(zhǔn)容限。
[0053]光學(xué)組件90的實施例提供了瞄準(zhǔn)位標(biāo)16的基準(zhǔn)邊緣16a，這清楚地限定了如下區(qū)域的外范圍:該區(qū)域應(yīng)當(dāng)涉及有源區(qū)域4b的投射圖像且有利于對準(zhǔn)以使有源區(qū)域4b的投射圖像的中心接近透鏡30的光軸L。而且，基準(zhǔn)邊緣16a形成在有源區(qū)域4b的投射圖像的內(nèi)輪廓17a之外，從而可以防止從半導(dǎo)體光學(xué)器件4L發(fā)射的光被基準(zhǔn)邊緣16a散射。另夕卜，基準(zhǔn)邊緣16a形成在外輪廓17b之內(nèi)，外輪廓17b所圍繞的區(qū)域是由內(nèi)輪廓17a所圍繞的區(qū)域的四倍；也就是說，基準(zhǔn)邊緣16a可形成在相對接近光軸L的位置以精確地確定軸線L的位置并且精確地檢測有源區(qū)域4b的投射圖像相對于光軸L的偏離度或失準(zhǔn)度。
[0054]對于具有檢查波長的光，透鏡30具有另一焦點F2。該另一焦點F2在目標(biāo)表面13上，可將有源區(qū)域4b投射在目標(biāo)表面13上。
[0055]上述實施例著眼于軸線L位于透鏡30的中心的條件。然而，光軸L不必與透鏡30的中心重合。例如，當(dāng)如圖12所示有源區(qū)域4b偏離透鏡30的中心時，光軸L變得相對于透鏡30的中心軸線傾斜。即使在這種布置方式中，透鏡30可被設(shè)計為將有源區(qū)域4b的圖像的焦點Fl設(shè)定在外光纖2a的端面上或在插芯2b的中心上。從半導(dǎo)體光學(xué)器件4L發(fā)射的光相對于外光纖2a的軸線以大角度進入外光纖2a的端面，但是可以防止由外光纖2a的端面反射的光返回到半導(dǎo)體光學(xué)器件4L，從而可以更加穩(wěn)定地操作器件4L。
[0056]盡管已經(jīng)參照附圖結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了全面地說明，但是應(yīng)當(dāng)理解到，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可以顯而易見地各種變型和改進。例如，瞄準(zhǔn)位標(biāo)16可具有各種形狀，只要容易指示軸線L的位置即可。圖13A和圖13B示出了變型的瞄準(zhǔn)位標(biāo)16A，其中圖13A是瞄準(zhǔn)位標(biāo)16A的側(cè)視圖，而圖13B是變型的瞄準(zhǔn)位標(biāo)16A的平面圖。參照圖13A和圖13B，瞄準(zhǔn)位標(biāo)16A包括多個突出部16b，每個突出部均從軸線L的位置徑向地延伸并且具有表現(xiàn)出與上述實施例的基準(zhǔn)邊緣16a相同的功能的相應(yīng)的基準(zhǔn)邊緣16c。邊緣16c優(yōu)選地形成在外輪廓17a和內(nèi)輪廓17b之間。而且，突出部16b的數(shù)量不限于圖13B的布置方式。可應(yīng)用如下突出部作為瞄準(zhǔn)位標(biāo)16A:多于兩個突出部所形成的角度便于識別其交叉點。
[0057]圖14A和圖14B示出了瞄準(zhǔn)位標(biāo)16B的又一變型的布置方式。在平面圖中，瞄準(zhǔn)位標(biāo)16B具有帶有肋的環(huán)16e。環(huán)16e的內(nèi)壁16d表現(xiàn)出與前述實施例的基準(zhǔn)邊緣16a相同的功能。內(nèi)壁16d也優(yōu)選地形成在內(nèi)輪廓17a和上輪廓17b之間的瞄準(zhǔn)區(qū)域17中。
[0058]而且，上述實施例提供了形成在目標(biāo)表面13中的瞄準(zhǔn)位標(biāo)16。然而，抵接表面14中具有的第二孔15的邊緣15a可用作指示光軸L的位置的位標(biāo)。抵接表面14沿Z方向與目標(biāo)表面13相距第二孔15的深度，這使圖像器件53所獲得的圖像不清楚。然而，在邊緣15a上執(zhí)行的一些圖片處理可使輪廓清晰以識別出光軸L。然后，可以執(zhí)行器件4L的有源區(qū)域4b的投射圖像與軸線L的對準(zhǔn)。因此，期望的是本發(fā)明不限于所公開的特定實施例，而是本發(fā)明包括落在隨附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種與外光纖光學(xué)耦合的光學(xué)組件，包括: 光學(xué)器件，其內(nèi)部安裝有半導(dǎo)體光學(xué)器件；以及 保持器，其包括套筒、裙座和透鏡，所述套筒具有構(gòu)造為在內(nèi)部接納所述外光纖的第一孔，所述裙座構(gòu)造為與所述光學(xué)器件固定在一起，所述透鏡置于所述套筒和所述裙座之間， 其中，所述第一孔在其端部中設(shè)置有目標(biāo)表面，所述目標(biāo)表面包括指示所述透鏡的軸線的瞄準(zhǔn)位標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中， 所述第一孔還設(shè)置有在所述目標(biāo)表面和所述第一孔的開口之間的臺階部，所述臺階部抵靠在插芯上，所述外光纖插入所述開口中，所述插芯用于緊固所述外光纖的末端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)組件，其中， 所述套筒包括第二孔，所述第二孔構(gòu)造為在與所述第一孔的邊界處形成所述臺階部，所述第二孔包括位于其底部中的所述目標(biāo)表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)組件，其中， 所述第一孔具有比所述第二孔的直徑大的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)組件，其中， 所述第二孔具有比所述外光纖的直徑大的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中， 所述半導(dǎo)體光學(xué)器件包括有源區(qū)域，并且 對于具有用于所述半導(dǎo)體光學(xué)器件的波長的光，所述透鏡在包括所述臺階部的虛擬平面上產(chǎn)生所述有源區(qū)域的聚焦圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)組件，其中， 在所述半導(dǎo)體光學(xué)器件為光發(fā)射器件的情況下，所述波長為從所述半導(dǎo)體光學(xué)器件發(fā)射的光的波長。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)組件，其中， 在所述半導(dǎo)體光學(xué)器件為光接收器件的情況下，所述波長為從所述外光纖提供的光的波長。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)組件，其中， 所述波長長于800nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中， 在用于所述半導(dǎo)體光學(xué)器件的波長處，所述透鏡在沿所述透鏡的所述軸線偏離所述目標(biāo)表面的虛擬平面上產(chǎn)生所述有源區(qū)域的聚焦圖像。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中， 所述半導(dǎo)體光學(xué)器件包括有源區(qū)域，所述有源區(qū)域投射在包括所述目標(biāo)表面的虛擬平面上，并且 所述目標(biāo)表面設(shè)置有至少兩個瞄準(zhǔn)位標(biāo)，每個所述瞄準(zhǔn)位標(biāo)均具有將投射在所述目標(biāo)表面上的所述有源區(qū)域的圖像圍繞起來的基準(zhǔn)邊緣。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中， 所述半導(dǎo)體光學(xué)器件包括有源區(qū)域，所述有源區(qū)域投射在包括所述目標(biāo)表面的虛擬平面上，并且所述目標(biāo)表面設(shè)置有至少兩個瞄準(zhǔn)位標(biāo)，每個所述瞄準(zhǔn)位標(biāo)均具有基準(zhǔn)邊緣，所述基準(zhǔn)邊緣位于投射在所述虛擬平面上的所述有源區(qū)域的圖像的內(nèi)輪廓與虛擬圖像的外輪廓之間，所述虛擬圖像為投射在所述虛擬平面上的所述有源區(qū)域的圖像的四倍。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中， 所述半導(dǎo)體光學(xué)器件包括有源區(qū)域， 對于具有檢查波長的可見光，所述透鏡在包括所述目標(biāo)表面的虛擬平面上產(chǎn)生所述有源區(qū)域的聚焦圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)組件，其中， 所述檢查波長短于600nm。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)組件，其中， 所述保持器一體地形成有所述套筒、所述透鏡和所述裙座，并且由聚醚酰亞胺(PEI)、聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的至少一種制成。
16.一種制造光學(xué)組件的方法，所述光學(xué)組件包括光學(xué)器件和保持器，所述光學(xué)器件安裝有具有有源區(qū)域的半導(dǎo)體光學(xué)器件，所述保持器具有構(gòu)造為接納外光纖的套筒、構(gòu)造為接納所述光學(xué)器件的裙座以及置于所述套筒和所述裙座之間的透鏡，所述套筒、所述裙座和所述透鏡彼此形成為一體，所述方法包括以下步驟: 在檢查投射到形成于所述套筒的深端中的目標(biāo)表面上的所述半導(dǎo)體光學(xué)器件的有源區(qū)域的圖像時，在與所述透鏡的軸線`垂直的平面中將所述光學(xué)器件對準(zhǔn)；以及 將所述光學(xué)器件與所述保持器的裙座固定在一起。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中， 所述目標(biāo)表面包括指示所述透鏡的軸線的瞄準(zhǔn)位標(biāo)，并且 將所述光學(xué)器件對準(zhǔn)的步驟包括:使經(jīng)由所述透鏡而聚焦到所述目標(biāo)表面上的所述有源區(qū)域的圖像的中心與由所述瞄準(zhǔn)位標(biāo)指示的所述透鏡的軸線對準(zhǔn)的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中， 所述套筒設(shè)置有位于所述目標(biāo)表面和開口之間的臺階部，所述臺階部抵靠在插芯上，所述外光纖穿過所述開口進行放置，所述插芯用于緊固放置在所述套筒中的所述外光纖的末端， 將所述光學(xué)器件對準(zhǔn)的步驟還包括:對于用于所述半導(dǎo)體光學(xué)器件的波長，經(jīng)由所述透鏡將所述光學(xué)器件的有源區(qū)域的圖像聚焦在包括所述臺階部的虛擬表面上的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中， 所述套筒設(shè)置有位于所述目標(biāo)表面和開口之間的臺階部，所述臺階部抵靠在插芯上，所述外光纖穿過所述開口進行放置，所述插芯用于緊固放置在所述套筒中的所述外光纖的末端， 將所述光學(xué)器件對準(zhǔn)的步驟還包括:對于用于所述半導(dǎo)體光學(xué)器件的波長，經(jīng)由所述透鏡將所述光學(xué)器件的有源區(qū)域的圖像聚焦在偏離所述臺階部的虛擬表面上的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中， 將所述光學(xué)器件對準(zhǔn)的步驟包括:對于可見光，經(jīng)由所述透鏡將所述光學(xué)器件的有源區(qū)域的圖像聚焦在包括所述目標(biāo)表面的虛擬表面上的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，將所述光學(xué)器件對 準(zhǔn)的步驟還包括:使所述光學(xué)器件的有源區(qū)域的圖像沿光軸散焦的步驟。
【文檔編號】G02B6/42GK103502863SQ201280022060
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月10日
【發(fā)明者】西江光昭, 村田道夫, 中西裕美 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社