用于光学元件的透镜安装组件的制作方法

专利名称：用于光学元件的透镜安装组件的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光学装置。更具体地，本发明的实施方式涉及可将透镜紧固在预定位置而不必使用胶水或其它粘合剂或者机械结构的透镜安装组件。
背景技术：
透镜的使用在光学装置中普遍存在。然而，与透镜的使用相当的是将设置在光学装置中的透镜定位并将透镜保持在该光学装置中的位置的重要性。这绝大多数通过使用透镜安装组件来实现。
通常，透镜通过使用粘合剂或传统的机械结构来紧固在透镜安装组件中。然而，这些技术遭遇到各种挑战。例如，使用粘合剂将透镜紧固在组件中是相对复杂并耗时的工序，这减少了透镜安装组件制造的效率。
在使用机械装置的透镜安装组件的情况下，则产生了其它挑战。这些组件通常包括肩部或其他机械结构以将透镜紧固在透镜保持空间中。然而，该技术不合需要地增加了透镜上的局部应力，导致较高的废品率和较低的产出率。
面对这些挑战，需要这样的装置，即通过该装置，透镜可牢固地定位在用于光学装置中的安装组件中，该光学装置例如是光学收发机模块中的光学子组件。另外，应该紧固透镜而不强加会损坏透镜或组件的局部应力。并且，对于该需要的任何解决方案应该确保克服在已知的基于粘合剂的透镜安装组件中传统遭遇的那些问题并且使制造产量显著提高。

发明内容
简要地概括，本发明的实施方式提供了一种用于将透镜紧固在光学装置中的预定位置的透镜安装组件。该透镜安装组件设计用于以施压配合设置保持透镜，从而消除为了紧固透镜而对于胶水、其它粘合剂，或者其它机械结构的需要。在一实施方式中，透镜安装组件包括具有外部表面的玻璃透镜，该表面具有预定量的表面粗糙度。保持管限定出圆柱形容积并且由柔性材料构成，该柔性材料在透镜压入圆柱形容积中时产生回弹性变形。该柔性材料在透镜周围再压缩较小的量以将其紧固在保持管中。底座与保持管附着或整体成形，并且包括用于将透镜安装组件紧固在光学装置中的波纹表面。
在一实施方式中，因此公开了一种用于光学装置中的透镜安装组件，该透镜安装组件包括保持部分，其具有限定出容积的柔性第一啮合表面；透镜，其限定出以施压配合设置与该第一啮合表面啮合的第二啮合表面，从而该透镜牢固地保持在该保持部分的该容积中；以及底座部分，其具有至少一个用于啮合该光学装置的表面，从而该保持部分和透镜紧固在该光学装置中。
本发明这些以及其它特征根据以下说明书和所附权利要求书将变得更加完全地显而易见，或者可由以下所阐明的本发明的实施来了解。


为了进一步阐明本发明以上和其它优点以及特征，将通过参照在附图中所示的具体实施方式
提出对于本发明的更加具体的描述。应该理解，这些附图仅描绘了本发明的典型实施方式并且因此不应认为限制了其范围。通过使用附图，本发明将使用附加特征和细节得到描述和解释。在附图中图1A所示为发射机光学子组件(TOSA)的透视图，其用作本发明的实施方式可在其中实施的示例性的环境；图1B所示为图1A的TOSA的端视图；图1C所示为沿图1B中所示的线提取的横截面图；图1D所示为示例性的光学收发机模块的透视图，其中可定位有诸如在图1A到图1C中所示的TOSA；以及图2所示为根据本发明实施方式的透镜安装组件的横截面图。
具体实施例方式
现将参照附图，其中类似的结构将使用类似的附图标记表示。应该理解，附图仅为本发明示例性实施方式的概略性和示意性的表示，并且其既未限制本发明，也并不必要以比例绘出。
图1A到图2描绘了本发明实施方式的各种特征，其概略地提供了在光学元件中使用的透镜安装组件，诸如在光学收发机模块中使用的光学子组件。该透镜安装组件的设计确保了实现用于透镜的紧固配合而不必使用胶水或其它粘合剂。可替代地，可使用施压配合将透镜紧固在组件中。尽管使用该施压配合，但是透镜以足够的保持力保持在该组件中，以便在可能强加给该组件的机械冲击事件和热循环应力期间不会移动。并且，该透镜安装组件的结构使得透镜上的局部应力与已知的设计相比得到减少，从而减少组装过程中对于透镜的损坏。由于这些特征，制造产量与已知设计相比可增加。
首先参照图1D，其示出一般标记为1的光学收发机模块(收发机)的透视图，该收发机适于容纳根据本发明实施方式制造的透镜安装组件。详细而言，收发机1包括外壳2，其与壳体(未示出)相互配合以在其中包括诸如发射机光学子组件4、接收机光学子组件5以及印刷电路板(PCB)6的各种元件。PCB 8包括使收发机1与装置(未示出)进行接口的边缘连接器。收发机1可用于使装置与诸如因特网的通讯网络连接，并且由此通过与该收发机连接的光纤而发射和接收光信号形式的数据。
现参照图1A到图1C，其示出了本发明的实施方式可在其中实施的一种环境的各种特征。具体地，图IA示出通常标记为10的发射机光学子组件(TOSA)的透视图，该子组件例如用于将光信号传输到通讯网络中的光纤。在一个实施方式中，图1A到图1C的TOSA 10与图1D中所示的发射机光学子组件4相同。TOSA 10包括与管口14联接的外壳12，该管口14与光纤(未示出)接口连接。在一实施方式中，TOSA 10包括在光学收发机模块(未示出)中并且形成该光学收发机模块的一部分。光学收发机模块可与通讯网络的装置接口连接以使该装置发射并且接收由光信号加载的数据，该光信号可通过诸如与TOSA 10的管口14连接的光纤进行传输。图1B示出TOSA 10的端面图。
图1C示出了TOSA 10的横截面图，其示出了附加的TOSA元件。如图所示，TOSA 10包括晶体管外形封装或罐形封装16，其包括多个在TOSA运行期间所使用的电子和光电元件。这些元件通过连接器18与光学收发机模块进行电接口连接。罐形封装16包括诸如激光二极管20的光源，其产生用于加载接收自与TOSA 10连接的装置的数据的光信号。由激光二极管20产生的数据加载光信号在传输进入由管口14容纳的光纤(未示出)之前，先经过其中一些将在以下描述的TOSA 10的各种元件。
TOSA 10还包括根据本发明一实施方式的通常标记为50的透镜安装组件(LMA)。LMA 50用于在将由TOSA 10的激光器(未示出)产生的光信号传输到通讯网络之前对其进行聚焦。关于LMA 50进一步的描述将在以下直接给出。
尽管以上讨论将TOSA作为一示例性的环境，但是应该理解，本发明的原理可结合使用至少一个透镜的各种其它光学装置来实施。例如，接收机光学子组件(ROSA)或其它在光学数据传输系统中使用的光学元件可利用该透镜安装组件的实施方式。并且，该透镜安装组件的使用可扩大到包括例如CD/DVD播放器、照相机等的其它光学相关装置中，因此，这里的讨论不应该局限本发明的范围。
现参照图2，其示出了图1所示的LMA 50的一实施方式的各种特征。LMA50通常包括透镜52、保持管54以及底座56。具体地，透镜52为玻璃并且形成为包括第一表面60、第二表面62以及外部边缘64。第一表面60和第二表面62各成形为调节和/或聚焦通过其中的光信号。外部边缘64形成以将在下面描述的方式与保持管54的内表面啮合的圆柱形表面。在其它实施方式中，透镜52的第一表面60、第二表面62以及外部边缘64可形成为对于特定应用要求的其它形状。应该注意，形成外部边缘64的透镜表面可根据LMA的设计而包括表面特征以给予该表面预定的表面光洁度或粗糙度。在本实施方式中，透镜外部边缘64包括一些表面特征以使透镜52与保持管54之间更加紧固的配合。
保持管54以如图2中所示的具体结构容纳透镜52。详细而言，保持管54包括第一端70、外径72以及内径74。在第一端70上包括倒角76。虽然在所示实施方式中与底座56整体成形，但是在另一实施方式中，保持管54可单独形成并随后与底座附着在一起。在这种情况下，保持管54可包括第二端。
如图所示，定位透镜52，使其安装在由保持管54的内径74限定的圆柱形容积中。并且，透镜52以干扰配合或施压配合、啮合方式与保持管54的内径74啮合，从而透镜牢固地定位在其中。由此，不需要胶水或其它粘合剂来将透镜52紧固在保持管54中。并且，因为透镜52的施压配合啮合足够牢固，所以在内径74上不需要肩部或其它机械限位来保持透镜。
在保持管54中透镜52的施压配合啮合可通过保持管54的设计和构成提供的回弹性径向力实现。具体地例如，保持管54由诸如金属材料的具有充分回弹特性的材料制成。在一实施方式中，保持管54由具有这样的回弹特性的303不锈钢制成，但是应该理解，广泛种类的材料也可接受使用。
如上所述，保持管设计还对于图2中所示的施压配合透镜设置做出贡献。具体地，在透镜保持的区域中的管的内径74包括光滑的高表面光洁度。在内径74上不包括肩部或其它机械结构。如以下将解释地，限定内径74的保持管壁的厚度，在此标记为A，形成为具有当透镜52插入保持管54中时提供足够的干扰配合量的尺寸。由此，保持管54提供在透镜52插入之后足够将其牢固夹持的温和的、压缩性的保持力。在一实施方式中，限定在内径72和外径74之间的壁的厚度“A”约为8密耳(0.008英寸)，其中保持管54由303不锈钢构成。该壁厚提供约10磅的保持力，其足够防止在热循环膨胀和收缩以及机械冲击事件情况下透镜在保持管中的移动。同时，限制保持力以便防止不必要的临界压力强加在透镜上。在其它实施方式中，保持管的壁厚和管的材料构成，以及透镜外部边缘的表面粗糙度和保持管的内径可改变以适应具体应用的需要而提供变化的保持力。有利的是，透镜52的张力通过本设计被最小化。通常，施加给透镜的保持力可根据各种因素改变，该因素包括保持管材料、透镜材料、透镜尺寸和厚度、透镜和保持管啮合表面的粗糙度、透镜外部边缘与保持管内径之间的尺寸干扰配合量以及其它因素。
因为透镜52施压配合进入保持管54并且以充分的保持力紧固在其中，在许多情况下，不需要胶水或其它粘合剂来将透镜紧固到位。在其它实施方式中，如果应用需要(也即，如果保持力需要进一步增加)，也可应用粘合剂。为了将其元件恰当地紧固在诸如TOSA的光学元件中，LMA 50也不要求气密密封。
在此应该注意，与透镜52类似，保持管54可形成为具有任何一种横截面形状以容纳类似成形透镜的施压配合接收。因此，在此公开的LMA元件的特定结构不应该认为以任何方式限制本发明。
LMA 50还包括底座56。在一实施方式中，底座56与保持管54整体形成，并且由此也由303不锈钢构成。底座56包括第一端80、第二端82、外部表面84以及内径86。外部表面84在第一端80和第二端82之间延伸，并且限定出相对于保持管54的外径72具有延伸的直径的底座56的圆柱形外部边缘。内径86与保持管54的内径74一致，并且从而相互配合以限定出其一部分容纳透镜的中空、圆柱形容积，如向前所述。如图2所示，底座内径86的直径稍微大于保持管54的直径，从而在保持管与底座56的环形界面90处限定出肩部。这也有助于提高该高表面光洁度的加工性能和保持管内侧的公差容量。底座的内径不需要满足高表面光洁度和严格的公差。由于需要精密加工的区域被最小化，所以这也节约了成本。然而，该肩部并未与透镜52直接相互作用，并且未在物理上将透镜保持到位。在其它实施方式中，保持管和底座的内径可基本上相同，从而不必限定出它们之间的肩部。
底座外部表面84包括限定在底座56圆周的周围的一系列波纹88。波纹88用于在LMA 50以及LMA定位在其中的TOSA的内部之间提供恰当的配合，诸如图1A到图1C中所示的TOSA 10。并且，波纹88允许LMA 50和TOSA 10之间相对较大的配合公差。
环形界面90包括各种结构以有助于透镜52在LMA 50中的放置和紧固。具体地，保持管54/底座56在界面90处的壁厚相对于保持管壁的其余部分减小，该壁厚标记为“B”。另外，底切结构92环形地限定在界面90处的底座56的第一端80中。这两个结构结合起来增加了保持管54壁的外部表面相对于内部管表面的有效长度。这导致界面90处的保持管54的更大柔量，而这反过来减小了透镜52第二表面62上的局部应力。结果，减小了作用于透镜上的应力裂缝和其它不期望的效果。并且，倾向于将透镜向保持管54的第一端70推进的力由于这些结构而减小。这些力的减小适于确保避免TOSA运行期间LMA所暴露的热循环过程中透镜52在保持管54中的微范围移动。除了底切和壁薄化以外，也有实现力减小的替代技术。例如，最小化管与透镜之间的干扰配合也可减小倾向于将透镜向保持管54的第一端70推进的力，尽管减小干扰配合也会减小保持力。更加合适的材料也倾向于减小该力。
上述已减小的保持管厚度和底切用于提供保持管额外柔量的示例性手段。应该理解，除了设计用于减小透镜上的应力的这些结构以外，其它结构也可包括在保持管内径上以提供额外的保持管柔量。该一个示例为包括限定在保持管内表面上、接近最终透镜放置位置或管开口附近的一个或多个区域，其具有相对于内表面其它部分的更大直径，以在压入管中或最终定位之后通过透镜上的保持管而减小压缩力。因此，本发明不应该理解为限制在此明确公开的关于增加保持管柔量的技术。
如图2所示，LMA 50首先通过将保持管54与底座56结合来组装，根据需要，假定两个元件并未整体形成。随后，使用机械压力或其它合适的装置，将透镜52插入保持管54的第一端70以及由内径74限定出的容积中。在第一端70上包括环形倒角76以有助于透镜的插入。
如图2所示，透镜52插入到由保持管内径74限定出的容积中，从而第一透镜表面60定位在保持管54的内部，超过保持管第一端70的距离“C”。透镜52的这个插入有助于在透镜插入完成之后将透镜保持在优选的位置。具体地，如上所释，保持管壁的环形接近第一端70-对应于插入距离“C”-为柔性的，从而造成其随着透镜插入保持管54中而向外径向压缩。然而，一旦透镜52通过与插入距离“C”相对应的壁区域，对于保持管壁的压缩力将不再存在，并且柔性的保持管壁径向向内收缩较小距离。该径向收缩形成与第一透镜表面60相邻的微小碰撞，其有助于将透镜52保持到位。在另一实施方式中，透镜52可仅仅部分地插入由保持管内径74限定出的容积中，从而透镜第一表面以悬垂设置暴露。虽然这样的透镜放置可引入对于该透镜的一定剪切应力，但是为了将透镜定位于更接近其它TOSA元件，其也是所需的。
由于上述在保持管中的透镜放置，对于包括透镜本身和保持管的LMA的元件，可容忍更高的制造公差。透镜在保持管中的放置可使用简单而直接的工序完成。并且，在保持管内径表面上的透镜保持机构，诸如肩部，的缺省允许对于该表面更加容易的抛光或机械加工处理。除了更高的制造产量以外，这些机构等同于减少了用于LMA的组件成本。
在其它实施方式中，如果需要，LMA可修改为包括施压配合在一个或多个保持管中的多个透镜。
在不偏离其原理或本质特征的情况下，本发明可以其它具体方式实施。所述实施方式在所有方面仅认为是阐明性的而非限制性的。所以，本发明的范围由所附权利要求书而不是前述说明书限定。落入权利要求书等同物的含义和范围中的所有改变包围在它们的范围中。
权利要求
1.一种用于光学装置中的透镜安装组件，该透镜安装组件包括保持部分，其具有限定出容积的柔性第一啮合表面；透镜，其限定出以施压配合设置与该第一啮合表面啮合的第二啮合表面，从而该透镜牢固地保持在该保持部分的该容积中；以及底座部分，其具有至少一个用于啮合该光学装置的表面，从而该保持部分和透镜紧固在该光学装置中。
2.根据权利要求1所述的透镜安装组件，其特征在于，该施压配合设置通过由所述保持部分在该透镜上施加的保持力来产生。
3.根据权利要求1所述的透镜安装组件，其特征在于，该保持部分的该保持力通过该保持部分的构成来提供，该保持部分由柔性物质构成。
4.根据权利要求3所述的透镜安装组件，其特征在于，该保持部分由303不锈钢构成。
5.根据权利要求1所述的透镜安装组件，其特征在于，该透镜具有限定出该第二啮合表面的圆柱形外部表面，并且其中该保持部分具有限定出该第一啮合表面的光滑的圆柱形内表面。
6.根据权利要求1所述的透镜安装组件，其特征在于，由该保持部分提供的该保持力提供了紧邻该透镜端部的唇形体以进一步将该透镜紧固在该容积中。
7.根据权利要求1所述的透镜安装组件，其特征在于，该透镜还包括与该第二啮合表面相邻的第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面限定出可通过光信号的一部分光路。
8.根据权利要求1所述的透镜安装组件，其特征在于，还包括用于提供紧邻该透镜的该保持部分的额外柔量的装置。
9.根据权利要求8所述的透镜安装组件，其特征在于，用于提供的装置对于紧邻该透镜的该第二表面的该保持部分提供额外的柔量。
10.根据权利要求8所述的透镜安装组件，其特征在于，该保持部分包括限定出该容积的圆柱形壁，并且其中用于提供的该装置包括该圆柱形壁的区域，该圆柱形壁具有相对于该圆柱形壁的其余部分减小的壁厚。
11.根据权利要求10所述的透镜安装组件，其特征在于，该底座部分与该保持部分连接，并且其中用于提供的该装置还包括在该底座部分与该保持部分之间的界面周围延伸的环形底切部分，该底切部分紧邻具有减小的壁厚的该圆柱形壁的区域。
12.一种光学收发机模块，包括外壳，其包括印刷电路板和至少一个光学子组件，其中该至少一个光学子组件包括透镜安装组件，该透镜安装组件包括具有圆柱形外部边缘的透镜，该外部边缘由光信号可通过其中的第一和第二表面限定；柔性的保持管，其具有与由该保持管的内表面限定出的容积相通的第一端，其中该透镜经由该第一端容纳在该容积中，从而该外部边缘以施压配合方式啮合该保持管内表面；以及安装表面，其啮合该至少一个光学子组件的一部分以相对于该至少一个光学子组件紧固该透镜安装组件。
13.根据权利要求12所述的光学收发机模块，其特征在于，该透镜紧固在该保持部分中而不使用粘合剂。
14.根据权利要求12所述的光学收发机模块，其特征在于，该保持管的内表面和该透镜的该外部边缘具有用于提供相对于彼此的干扰配合的尺寸。
15.根据权利要求12所述的光学收发机模块，其特征在于，该保持管在透镜上提供压缩力，从而通过紧邻该透镜第一表面的保持管形成唇形体，该第一透镜表面相比于该第二透镜表面更接近于该保持管的第一端。
16.根据权利要求15所述的光学收发机模块，其特征在于，该保持管包括圆柱形壁，并且其中该圆柱形壁包括紧邻该第二透镜表面的减少壁厚的区域，从而提供该保持管的额外柔量。
17.根据权利要求16所述的光学收发机模块，其特征在于，该安装表面形成在与该保持管整体形成的底座上。
18.根据权利要求17所述的光学收发机模块，其特征在于，该底座和该保持管之间的该界面包括底切部分，该底切部分位于紧邻减少的壁厚的区域。
19.根据权利要求12所述的光学收发机模块，其特征在于，该透镜使用压力装置插入到该保持管中。
20.根据权利要求12所述的光学收发机模块，其特征在于，该保持管的第一端包括倒角以有助于该透镜插入到该保持管容积中。
21.一种在光学子组件中的透镜安装组件，包括透镜；底座，其具有由第一端和第二端限定的外径，该外径包括啮合该光学子组件的表面以将该透镜安装组件紧固在其中的波纹表面；以及与该底座连接的保持管，该保持管通过圆柱形壁限定出容积，该圆柱形壁柔性变形，从而以施压配合设置至少部分地将该透镜容纳在该容积中，其中该圆柱形壁包括紧邻该透镜的额外柔量的区域以防止透镜移动。
22.根据权利要求21所述的透镜安装组件，其特征在于，该透镜还包括由圆柱形外部边缘分开的第一表面和第二表面，并且其中该透镜的该外部边缘以施压配合设置啮合该保持管的圆柱形壁的内表面。
23.根据权利要求22所述的透镜安装组件，其特征在于，该保持管还限定出与该容积相通的第一端，并且其中该透镜经由该第一端插入到该容积中。
24.根据权利要求23所述的透镜安装组件，其特征在于，该透镜通过该第一端完全插入到由该保持管限定出的该容积中。
25.根据权利要求24所述的透镜安装组件，其特征在于，选择该透镜和该圆柱形壁内表面的直径以在该透镜和该保持管之间产生施压配合，从而将该透镜的局部应力减到最小。
26.根据权利要求25所述的透镜安装组件，其特征在于，该透镜的该外部边缘根据预定的所需粗糙度而包括表面特征。
27.根据权利要求26所述的透镜安装组件，其特征在于，该底座和该保持管相互配合以限定出容积，该容积形成用于光信号通过该第一透镜表面和第二透镜表面的部分光路。
全文摘要
本发明公开了一种用于将透镜紧固在光学装置中的预定位置的透镜安装组件。该透镜安装组件设计用于以施压配合设置保持透镜，从而消除了为了紧固透镜而对于粘合剂或其它机械装置的需求。在一实施方式中，该透镜安装组件包括具有外部表面的玻璃透镜，该表面具有预定量的表面粗糙度。保持管限定出圆柱形容积并且由柔性材料构成，该柔性材料在透镜压入圆柱形容积中时产生回弹性变形。该柔性材料在透镜周围再压缩较小的量以将其紧固在保持管中。底座与保持管附着或整体成形，并且包括用于将透镜安装组件紧固在光学装置中的波纹表面。
文档编号G02B7/02GK101095073SQ200580045351
公开日2007年12月26日 申请日期2005年12月21日 优先权日2004年12月29日
发明者斯蒂芬·普法诺, 戴维·摩根斯顿, 金亚·尼帕 申请人:菲尼萨公司