专利名称：光学装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有将电信号转换成光信号并输出光信号的关发送功能、或将光信号转换成电信号并输出电信号的光接收功能的光学装置及其制造方法。
背景技术：
在作为光收/发模块标准的XFP(10-GibabitSmall Form FactorPluggable, IOGb 小型可插拔)模块中，安装有一种光学装置，该光学装置包括将电信号转换成光信号并输 出光信号的光发送装置、或将光信号转换成电信号并输出电信号的光接收装置。在这种光 学装置中，例如，发光元件或受光元件安装在茎部(管座)的顶面并被帽部密封，此外，使发 光元件或受光元件与光纤光学结合的透镜容纳部(筒部)接合至帽部(例如，见美国专利 No. 7476905)。在光学装置中，过去使用紫外线固化树脂来使透镜容纳部与帽部结合。然而，透 镜容纳部与帽部之间的间隙极窄，因此树脂必须进入容纳部的下端与帽部之间的有限空 间。这导致透镜容纳部在被临时固定至帽部并进行位置调整后发生波动。因此，美国专利 No. 7476905提出了使用毛细管作用来使紫外线固化树脂渗透到间隙的深处。然而，由于各种限制，透镜容纳部材料很难透射紫外线。因此，即使紫外线固化树 脂能渗透到间隙深处，也需要长时间来固化渗透到间隙深处的紫外线固化树脂，从而造成 吞吐量极低。因此，当只对透镜容纳部下端附近的紫外线固化树脂进行固化来时间临时固 定所需的时间时，透镜容纳部波动未得到改善。
发明内容
因此，希望提供一种光学装置及其制造方法，其能够抑制透镜容纳部的波动，同时 使吞吐量的降低最小化。本发明实施例的第一光学装置包括壳体；光学元件；基座结构，支承光学元件， 并与壳体相对，以在基座结构的外壁部与壳体的内壁部之间形成间隙部；位于间隙部内将 壳体固定至基座结构的树脂；和位于壳体中使光透射至间隙部内的树脂的光调节部。本发明实施例的第二光学装置包括壳体；光学元件；基座结构，支承光学元件， 并与壳体相对，以在基座结构的外壁部与壳体的内壁部之间形成间隙部；位于间隙部内将 壳体固定至基座结构的树脂；和位于壳体中的光调节部。光调节部和间隙部分别使树脂向 光暴露，使得暴露的树脂部中的任一个或两者被照射，以将壳体临时固定至基座。在第一和第二光学装置中，在壳体中设置有光透射率大的光调节部。因此，在制造 过程中使用来自外部的光照射固化前的粘附部时，固化前的粘附部中的暴露于外部的部分 和粘附部中的与光调节部相对应的部分能够得到外部光的有效照射。本发明实施例的光学装置的第一制造方法包括向基座的外壁部施加树脂；通过 向基座安装壳体来涂布树脂，以使树脂填充到壳体的内壁部与基座的外壁部之间的间隙 部；以及经由壳体中的光调节部向树脂照射光，以将壳体固定至基座。
本发明实施例的光学装置的第二制造方法包括向基座的外壁部施加树脂，通过 向基座安装壳体来涂布树脂，以使树脂填充到壳体的内壁部与基座的外壁部之间的间隙 部；经由壳体中的光调节部、间隙部或两者向树脂照射光，以将壳体临时固定至基座；以及 对树脂加热，以将壳体永久固定至基座。在光学装置的第一和第二制造方法中，壳体与基座或密封部配合，使得紫外线固 化树脂进入基座的圆周面与壳体之间的间隙、或者密封部的圆周面与壳体之间的间隙。因 此，能够在不使用毛细管作用的情况下，使紫外线固化树脂渗透到间隙的深处。在本发明的 实施例中，由于紫外线固化树脂是粘附至基座或密封部的圆周面，所以紫外线固化树脂的 粘度比使用毛细管作用时的紫外线固化树脂的粘度高。因此，即使紫外线固化树脂未被紫 外线长时间照射，紫外线固化树脂也能在大范围内固化。根据第一和第二光学装置，在制造过程中使用来自外部的光照射固化前的粘附部 时，固化前的粘附部中的暴露于外部的部分和粘附部中的与光调节部相对应的部分能够得 到外部光的有效照射。因此，能够抑制波动，同时使吞吐量的降低最小化。根据本发明实施例的光学装置的第一和第二制造方法，紫外线固化树脂能够在不 使用毛细管作用的情况下，渗透到间隙深处。因此，能够抑制波动，同时使吞吐量的降低最 小化。本发明的其它目标、特征和优点将在以下详细描述中变得更加清楚明了。
图1是本发明一实施例的光发送装置的透视图。图2是图1的光发送装置的截面图。图3是图1所示光调节部的一个示例的截面图。图4是图1所示光调节部的第一变型例的截面图。图5是图1所示光调节部的第二变型例的截面图。图6是图1所示光调节部的第三变型例的截面图。图7是图1所示光调节部的第四变型例的截面图。图8是图1所示光调节部的第五变型例的截面图。图9是图1所示光调节部的第六变型例的截面图。图10是图1所示光调节部的第七变型例的截面图。图11是图1所示光发送装置的制造方法的一个示例的截面图。图12是用于说明图11所示步骤后的一个步骤的截面图。图13是图1所示光发送装置的变型例的截面图。图14是光接收装置的截面图。图15是图14所示光接收装置的变型例的截面图。
具体实施例方式下面将详细参考附图详细描述本发明的优选实施例。图1是本发明一实施例的光发送装置(light transmitter device) 1的概略构造 的透视图。图2示出了图1的光发送装置的截面构造。图1和2是示意性地示出了构造，可能与实际的尺寸或形状不同。本实施例的光发送装置1，一般称作 TOSA (Transmitter OpticalSubAssembly，光 发送次模块)，将外部输入的电信号转换成光信号，并输出光信号。光发送装置1包括例如 茎部(stem) 10、发光元件20、受光元件30、帽部40和透镜容纳部50。茎部10相当于本发 明的“基座”的一个具体示例。发光元件20相当于本发明的“光学元件”的一个具体示例。 受光元件30也相当于本发明的“光学元件”的一个具体示例。帽部40相当于本发明的“密 封部”的一个具体示例，而透镜容纳部50相当于本发明的“光学结合部”的一个具体示例。茎部10与透镜容纳部50 —起构成光发送装置1的封装体，并且茎部10具有例如 支承发光元件20的支承衬底11、设置于支承衬底11的背面的外框衬底12和多个连接端 子13。支承衬底11和外框衬底12各自呈例如圆盘形状，并设置成使得两者的中心轴(未 示出)彼此重合。支承衬底11的侧面(圆周面)IlA例如平行于支承衬底11的法线方向。 相似地，外框衬底12的侧面(圆周面)12A例如平行于外框衬底12的法线方向。侧面IlA 的宽度大于例如侧面12A的宽度，使得帽部40或透镜容纳部50能够轻松地与支承衬底11 配合。外框衬底12的直径大于支承衬底11的直径。外框衬底12的外缘形成为在以外框衬 底12的中心轴作为法线的平面中从外框衬底12的中心轴沿径向方向伸出的环形凸缘12B。 凸缘12B的作用是限定制造期间帽部40或透镜容纳部50与支承衬底11配合时的基准位 置。多个连接端子13贯穿支承衬底11和外框衬底12，并例如在外框衬底12侧突出较长， 而在支承衬底11侧突出较短。连接端子13的在外框衬底12侧突出较长的部分相当于例 如嵌入光学通信用板中的部分。对比之下，连接端子13的从支承衬底11侧突出的部分相 当于经由导线(未示出)等电连接至发光元件20和受光元件30的部分。连接端子13被 设置于支承衬底11和外框衬底12上的绝缘构件(未示出)支承。连接端子13经由上述 绝缘构件与支承衬底11和外框衬底12隔离。此外，各个连接端子13也通过上述绝缘构件 彼此隔离。发光元件20和受光元件30安装在支承衬底11的顶面上。例如，发光元件20在设 置于副安装部21上的状态下安装至支承衬底11的顶面。将电信号转换成光信号并输出光 信号的发光元件20沿支承衬底11的表面(即衬底与光学元件相遇的表面)的法线方向输 出光。发光元件20是例如垂直空腔表面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)，并设置成使得发光元件20的光轴平行于支承衬底11的表面的法线。发光 元件20优选设置成使其光轴与支承衬底11的中心轴(未示出)重合。受光元件30设置为 用于监视从发光元件20输出的光的输出。将光信号转换成电信号并输出电信号的受光元 件30检测在支承衬底11的表面的法线方向上具有分量的光。受光元件30是例如光电二 极管(photodiode，PD)，并设置成使得从发光元件20输出的光中的被光透射窗42 (后述) 反射的光(反射光)入射到受光面(未示出)。发光元件20和受光元件30可独立构成，也 可一体构成。帽部40密封发光元件20和受光元件30。帽部40具有例如在上端和下端均具有 开口的筒状部41。筒状部41的下端与支承衬底11的侧面1IA接触，而发光元件20和受光 元件30位于筒状部41的内部空间中。帽部40具有设置成封闭筒状部41的上端侧的开口 的光透射窗42。光透射窗42如图2所示设置在例如发光元件20上方的位置，并具有使从 发光元件20输出的光透过的功能。光透射窗42还具有使从发光元件20输出的光的一部分透过并使另一部分反射的半透明反射镜的功能。透镜容纳部50使发光元件20与光纤(未示出)光结合。透镜容纳部50具有例 如支承光纤的套筒51、使从发光元件20输出的光聚焦的透镜52、和隔着预定间隙与帽部40 的圆周面(筒状部41的侧面41A)相对的环形壳体53。套筒51形成在透镜容纳部50的一 端(上端)，并具有供光纤的壳体可装卸地插入的圆筒形空间51A。透镜52设置成在光纤 被套筒51支承时与光纤的光轴(未示出)同轴。透镜52是向发光元件20侧突出的凸透 镜，使从发光元件20输出的光聚焦到被套筒51支承的光纤的端面上。当光纤安装到套筒51中时，有必要对透镜容纳部50进行位置调整(后述)，以将 光纤的端面设置到对应于焦距的位置。在位置调整前，有必要对透镜容纳部50进行临时固 定(后述)。在本实施例中，壳体53具有适于该临时固定的结构(光调节部)。下面将详 细描述壳体53的光调节部(lightaccommodation section)。壳体53形成在透镜容纳部50的两端中的位于套筒51侧的相反侧的一端(下端)， 并具有能够容纳支承衬底11、发光元件20和受光元件30的圆筒形空间。当未形成后述的 光调节部53A时，壳体53具有例如η重(n-fold)旋转对称形状(η是例如2、3或4等正整 数)。壳体53具有一个或多个光调节部53Α。光调节部53Α形成在壳体53的一部分中，并 比壳体53的其它区域透射更多的光。例如，光调节部53Α的透光率(light accommodation) 是壳体53的其它区域的透光率的至少10倍。注意，这里的透光率是指紫外线从横向照射 壳体53和光调节部53A时的紫外线的透射率。例如，如图3、4、5或6所示，光调节部53A可构造成贯穿壳体53的通孔。这时，如 图3所示，通孔可呈例如圆柱形状。例如，通孔的内部可如图3所示呈水平直线状，或如图4 所示呈锥状，或如图5所示呈台阶状。此外，通孔的内部也可如图6所示，呈锥状和台阶状。光调节部53A也可具有上述通孔以外的其它结构。例如，光调节部53A可构造成 如图7、8、9或10所示，在壳体53的外周面中形成凹部，而在该凹部的底面上残留着一部分 壳体53。在这种情况下，例如，凹部的内部(侧面)可如图7所示呈水平直线状，或如图8 所示呈锥状，或如图9所示呈台阶状。此外，凹部的内部(侧面)也可如图10所示，呈锥状 和台阶状。当在壳体53中形成多个光调节部53A时，壳体53中的多个光调节部53A形成在 例如η重旋转对称的位置(η是例如2、3或4等正整数)。例如，当在壳体53中形成两个光 调节部53Α时，这两个光调节部53Α形成在相对于支承衬底11的中心轴彼此相对的位置。具有这种构造的光发送装置1可按例如以下方法制成。图11和和示意性地示出 了光发送装置1的制造过程。首先，制备好茎部10、发光元件20、受光元件30、帽部40和透 镜容纳部50，然后将发光元件20和受光元件30安装在支承衬底11的顶面上，并通过帽部 40密封发光元件20和受光元件30。这样，就首先制成了中间部件100(图11)。其次，将紫外线固化树脂60粘附至帽部40的圆周面(筒状部41的侧面)(图11)。 这时，优选将紫外线固化树脂60粘附成围绕帽部40的圆周面的一周。紫外线固化树脂60 的材料优选为不但能被紫外线固化，也能被热固化。其次，装配透镜容纳部50与帽部40，以使紫外线固化树脂60进入帽部40的圆周 面与壳体53之间的间隙(图11)。这时，紫外线固化树脂60被壳体53推压，从而进入形 成于壳体53的端部(透镜容纳部50的下端)与帽部40或支承衬底11之间的间隙。当壳体53到达凸缘12B附近的区域时，紫外线固化树脂60渗透到形成于壳体53与帽部40或 支承衬底11之间的间隙的深处，而到达与光调节部53A相对的区域。这时，如果光调节部 53A是通孔构成的，则紫外线固化树脂60从通孔内部暴露。其次，将紫外线发生器70设置在壳体53附近，使紫外线照射紫外线固化树脂60， 从而使树脂60固化。由此，壳体53得以粘附至帽部40或支承衬底11的圆周面，从而完成 了临时固定。这时，紫外线固化树脂60主要在总共两个部分发生固化，一个部分是与壳体 53中的作为具有高光透射率的区域的光调节部53A相对的部分，另一个部分是在壳体53附 近暴露于外部的部分。其次，对透镜容纳部50进行位置调整，以使光纤安装在套筒51中时，光纤的端面 位于与透镜52的焦距相对应的位置。其次，在壳体53附近设置热发生器(未示出)，以对 紫外线固化树脂60加热，从而使紫外线固化树脂60整体固化。由此，壳体53得以牢固地 粘附至帽部40或支承衬底11的圆周面，从而完成了永久固定。这样，就制成了本实施例的 光发送装置1。在本实施例的光发送装置1中，当从外部输入电信号时，电信号被发光元件20转 换成光信号，从而向透镜52输出激光。输出的激光被透镜52聚焦，从而进入光纤的端面， 然后经由光纤进行传播。这样，就进行了光的发送。在本实施例中，在透镜容纳部50的壳体53的一部分中设置有具有大透光率的光 调节部53A。因此，如果要在制造过程中使用来自外部的光照射固化前的紫外线固化树脂 60，则能够使用外部光有效地照射固化前的紫外线固化树脂60的与光调节部53A相对应的 部分、和固化前的紫外线固化树脂60的暴露于外部的部分。因此，能够迅速完成临时固定， 并能抑制透镜容纳部50的波动，同时使吞吐量(throughput)的降低最小化。另外，在本实施例中，在制造过程中，将透镜容纳部50与帽部40装配成使得紫外 线固化树脂60进入帽部40的圆周面与壳体53之间的间隙。因此，能够在不使用毛细管作 用的情况下，使紫外线固化树脂60渗透到间隙的深处。在本实施例中，由于紫外线固化树 脂60是粘附至帽部40的圆周面，所以紫外线固化树脂60的粘度比使用毛细管作用时的紫 外线固化树脂的粘度高。因此，即使未长时间照射紫外线L，紫外线固化树脂60也能在大范 围内固化，从而能够抑制波动，同时使吞吐量的降低最小化。在另一实施例中，光透射窗42具有半透明反射镜的功能。然而，在不需要半透明 反射镜的情况下，例如，在从发光元件20输出的光能直接进入受光元件30的情况下，可省 略半透明反射镜功能。在不需要帽部40的情况下，例如，可如图13所示，省略帽部40。在 这种情况下，支承衬底11的侧面IlA与透镜容纳部50的壳体53配合。该实施例的光发送装置可按例如以下方法制造。首先，制备好茎部10、发光元件 20、受光元件30、和透镜容纳部50，然后将发光元件20和受光元件30安装在支承衬底11 的顶面上。这样，就首先制成了中间部件。其次，将紫外线固化树脂60粘附至支承衬底11的侧面IlA(Il)。这时，优选将紫 外线固化树脂60粘附成围绕侧面IlA的一周。紫外线固化树脂60的材料优选为不但能被 紫外线固化，也能被热固化。其次，装配透镜容纳部50与支承衬底11，以使紫外线固化树脂60进入支承衬底 11的侧面IlA与壳体53之间的间隙。这时，紫外线固化树脂60被壳体53推压，从而进入形成于壳体53的端部(透镜容纳部50的下端)与支承衬底11之间的间隙。当壳体53到 达凸缘12B附近的区域时，紫外线固化树脂60渗透到形成于壳体53与支承衬底11之间的 间隙的深处，而到达与光调节部53A相对的区域。这时，如果光调节部53A是通孔构成的， 则紫外线固化树脂60从通孔内部暴露。其次，将紫外线发生器70设置在壳体53附近，使紫外线L照射紫外线固化树脂 60，从而使树脂60固化。由此，壳体53得以粘附至支承衬底11的圆周面，从而完成了临时 固定。这时，紫外线固化树脂60主要在总共两个部分发生固化，一个部分是与壳体53中的 作为具有高透光率的区域的光调节部53A相对的部分，另一个部分是在壳体53附近暴露于 外部的部分。其次，对透镜容纳部50进行位置调整，以使光纤安装在套筒51中时，光纤的端面 位于与透镜52的焦距相对应的位置。其次，在壳体53附近设置热发生器(未示出)，以对 紫外线固化树脂60加热，从而使紫外线固化树脂60整体固化。由此，壳体53得以牢固地 粘附至支承衬底11的圆周面，从而完成了永久固定。这样，就制成了本实施例的光发送装置。同样，在本实施例的光发送装置中，在透镜容纳部50的壳体53的一部分中设置有 具有大透光率的光调节部53A。因此，如果要在制造过程中使用来自外部的光照射固化前的 紫外线固化树脂60，则能够使用外部光有效地照射固化前的紫外线固化树脂60的与光调 节部53A相对应的部分、和固化前的紫外线固化树脂60的暴露于外部的部分。因此，能够 迅速完成临时固定，并能抑制透镜容纳部50的波动，同时使吞吐量的降低最小化。此外，在制造过程中，装配透镜容纳部50与支承衬底11，以使紫外线固化树脂60 进入支承衬底11的侧面IlA与壳体53之间的间隙。因此，能够在不使用毛细管作用的情 况下，使紫外线固化树脂60渗透到间隙的深处。由于紫外线固化树脂60是粘附至支承衬 底11的侧面11A，所以紫外线固化树脂60的粘度比使用毛细管作用时的紫外线固化树脂的 粘度高。因此，即使紫外线固化树脂60未被紫外线L长时间照射，紫外线固化树脂60也能 在大范围内固化，从而能够抑制波动，同时使吞吐量的降低最小化。虽然通过上述实施例描述了本发明，但是本发明并不局限于这些实施例，可进行 多种修正或变更。例如，虽然所述实施例描述的是光发送装置，本发明显然也可应用于光接收装置， 例如所谓的ROSA (Receiver Optical SubAssembly，光接收次模块)。例如，如图14所示， 可在通过去除本实施例的光发送装置1的发光元件20和副安装部21并将受光元件30设 置在支承衬底11的中心轴上的方式形成的光接收装置2中的壳体53的一部分中设置具有 大透光率的光调节部53A。或者，例如，也可如图15所示，在省略了帽部40的光接收装置2 中的壳体53的一部分中设置具有大透光率的光调节部53A。本申请包含2009年8月21日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-192121所涉及的主题，其全部内容通过引用并入本文。本领域的技术人员应该了解的是，在所附权利要求书或其等同方案的范围内，可 根据设计要求和其它因素做出各种修改、组合、子组合，和变更。
权利要求
1.一种光学装置，包括 壳体；光学元件；基座结构，支承光学元件，并与壳体相对，以在基座结构的外壁部与壳体的内壁部之间 形成间隙部；位于间隙部内将壳体固定至基座结构的树脂；和 位于壳体中的光调节部，其中，所述光调节部使光透射至间隙部内的树脂。
2.如权利要求1所述的光学装置，其中，光调节部的光透射率大于壳体的光透射率。
3.如权利要求2所述的光学装置，其中，光调节部的光透射率与壳体的光透射率的比 值至少为10 1。
4.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述基座结构包括衬底，衬底的外壁部构成基 座结构的与壳体的内壁部形成间隙的外壁部。
5.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述基座结构包括封闭光学元件的密封部，密 封部的外壁部构成基座结构的与壳体的内壁部形成间隙部的外壁部。
6.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光调节部是多个光调节部中的一个。
7.如权利要求6所述的光学装置，其中，所述多个光调节部沿壳体的周向对称地分布。
8.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光调节部是位于壳体中的切口部。
9.如权利要求8所述的光学装置，其中，光调节结构位于壳体中的切口部内。
10.如权利要求8所述的光学装置，其中，所述切口部是通孔。
11.如权利要求8所述的光学装置，其中，所述切口部是凹部。
12.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光调节部具有平坦的侧面。
13.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光调节部具有倾斜的侧面。
14.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光调节部具有台阶形状的侧面。
15.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光调节部具有台阶形状的倾斜侧面。
16.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光是紫外光，而所述树脂是紫外光固化 树脂。
17.如权利要求16所述的光学装置，其中，所述树脂也是热固化树脂。
18.一种光学装置，包括 壳体；光学元件；基座结构，支承光学元件，并与壳体相对，以在基座结构的外壁部与壳体的内壁部之间 形成间隙部；位于间隙部内将壳体固定至基座结构的树脂；和 位于壳体中的光调节部，其中，光调节部和间隙部分别使树脂向光暴露，使得暴露的树脂部中的任一个或两者 被照射，以将壳体临时固定至基座。
19.一种光学装置的制造方法，包括 向基座的外壁部施加树脂；通过向基座安装壳体来涂布树脂，以使树脂填充到壳体的内壁部与基座的外壁部之间 的间隙部；以及经由壳体中的光调节部向树脂照射光，以将壳体固定至基座。
20. 一种光学装置的制造方法，包括 向基座的外壁部施加树脂；通过向基座安装壳体来涂布树脂，以使树脂填充到壳体的内壁部与基座的外壁部之间 的间隙部；经由壳体中的光调节部、间隙部或两者向树脂照射光，以将壳体临时固定至基座；以及 对树脂加热，以将壳体永久固定至基座。
全文摘要
本发明涉及光学装置及其制造方法。所述光学装置包括壳体；光学元件；基座结构，支承光学元件，并与壳体相对，以在基座结构的外壁部与壳体的内壁部之间形成间隙部；位于间隙部内将壳体固定至基座结构的树脂；和位于壳体中的光调节部。所述光调节部使光透射至间隙部内的树脂。
文档编号G02B6/42GK101995622SQ20101025606
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月16日 优先权日2009年8月21日
发明者中田英彦, 城岸直辉, 增井勇志, 成瀬晃和, 荒木田孝博 申请人:索尼公司