CN107346052B - 光学模组及具备该光学模组的光学设备 - Google Patents

Abstract

一种光学模组及具备该光学模组的光学设备，该光学模组设置在一光发射元件和一光传输元件之间，其包括：一光学基座，设有一全反射面和一会聚表面；一光学楔片，该光学楔片具有一分光表面和与该分光表面相对的一出射表面，其中该分光表面与该光学基座之间形成有一第一空气缝，该出射表面与该光学基座之间形成有一第二空气缝；经由该全反射面反射的入射光先在该光学基座内行进，穿出该光学基座后再经由该第一空气缝投射到该分光表面，其中一部分光在该分光表面上发生反射以提供一监控光；而另一部分光则经由该光学楔片偏折后先穿过该第二空气缝，再重新进入该光学基座并经由该会聚表面对准至该光传输元件。本发明有利于分光比的灵活调节。

Description

光学模组及具备该光学模组的光学设备

技术领域

本发明涉及光学设备，尤其涉及用于将光发射信号耦合至光纤，且方便调节分光比的光学模组。

背景技术

中国专利CN200480006859.8揭露了一种用于光学组件的单片光学模组，所述光学模组包括：全内反射交界表面，其使入射光束转向通过预定的角度；至少一个由气隙与所述光学模组之间的交界表面形成的分光器表面，所述分光器表面部分反射入射光束以提供部分反射光束并部分折射所述入射光束以提供部分折射光束；和至少一个集成表面，其提供所述单片光学模组和所述光学组件中位于所述单片光学模组外部的元件的精确对准。这种设计是由光学模组上的分光器表面来提供反射光束，分光比固定难以进行调整，不能灵活地适应在不同应用场合下的需要。可见，实有必要对其进行改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术所存在的不足，而提出一种设有光学楔片的光学模组及具备该光学模组的光学设备，有利于分光比的灵活调节。

本发明针对上述技术问题提出一种光学模组，其设置在一光发射元件和一光传输元件之间，用于将该光发射元件的发射光耦合到该光传输元件的端面；该光学模组包括：一光学基座，设有使入射到该光学基座的光偏转一预定角度的一全反射面和用于将出射光对准至该光传输元件的一会聚表面；其中，该光学基座上还附加有一光学楔片，该光学楔片具有一分光表面和与该分光表面相对的一出射表面，其中该分光表面与该光学基座之间形成有一第一空气缝，该出射表面与该光学基座之间形成有一第二空气缝；经由该全反射面反射的入射光先在该光学基座内行进，穿出该光学基座后再经由该第一空气缝投射到该分光表面，其中一部分光在该分光表面上发生反射以提供一监控光；而另一部分光则经由该光学楔片偏折后先穿过该第二空气缝，再重新进入该光学基座并经由该会聚表面对准至该光传输元件。

在一些实施例中，该分光表面上镀有一层分光膜，该分光表面与该出射表面倾斜相交成一夹角。

在一些实施例中，该光学楔片是一个独立的六面体，该光学楔片具有分别连接于所述分光表面与所述出射表面之间的一底侧面、一顶侧面以及两侧面；其中，该底侧面和顶侧面均为矩形，且该底侧面小于该顶侧面；该两侧面均为梯形。

在一些实施例中，该分光表面与该出射表面的夹角的范围为6到10度之间。

在一些实施例中，该光学楔片是向下倾斜地安装在该光学基座上；从该光学楔片的出射表面向外射出的光相对于投射到该分光表面的光是向上偏转一角度的。

在一些实施例中，该光学基座上设有与该光学楔片的分光表面相贴合的一第一安装表面，该第一安装表面是成一倾角地倾斜向下延伸而成。

在一些实施例中，该第一安装表面的宽度恰可与该光学楔片相配合，该光学基座在该第一安装表面的两侧还各向外凹设有一操作空间。

在一些实施例中，该光学基座的顶面向下凹设有一凹部和与该凹部连通的一空腔，该第一安装表面构成该凹部的底面，该空腔是向下凹陷地开口于该第一安装表面的中部。

在一些实施例中，所述的第一空气缝是由该空腔所构成，所述的第二空气缝由该凹部所构成。

在一些实施例中，该光学模组还包括覆盖在该凹部上方的一盖板，用于封闭该第二空气缝。

在一些实施例中，该光传输元件是一光纤；该光学基座是一体注塑而成，其前端设置有一光纤套筒及由该光纤套筒的外周向外突设的一卡固凸缘，该光纤套筒具有与所述会聚表面相对应的一对接腔，用于对应***述的光纤。

本发明针对上述技术问题还提出一种光学设备，其包括如上所述的光学模组，用于装设该光学模组的一电路板以及装设在该电路板上与该光学模组配合使用的一光发射元件和一监控元件，其中该监控元件用于接收从该光学模组射出的所述监控光，该光发射元件的发射功率是能够根据所述监控光的光强进行调节的。

与现有技术相比，本发明通过设置双空气缝并配合光学楔片的设计，可以很方便地通过更换不同的光学楔片来改变分光比，有利于分光比的灵活调节；另外，通过光学楔片来偏折光可以向上调整入射光在全反射面上所对应的反射位置，有利于光学基座的微型化设计。

附图说明

图1是本发明光学设备的较佳实施例的立体图。

图2是本发明光学模组的较佳实施例的仰视图。

图3是图2中C-C向的剖视图，其中盖板被移除。

图4是本发明光学模组的较佳实施例的光路图。

图5是图3中D局部的放大示意图。

图6是本发明光学模组较佳实施例中光学基座与光学楔片的分解立体图。

图7是本发明光学模组较佳实施例中光学楔片的立体图。

其中，附图标记说明如下：100 光学设备 10 光学模组 20 光学模组 30 电路板40 处理电路 1 光学基座 2 光学楔片4 盖板 7 光源 8 监控元件 9 光路11 底面 12 顶面 13 入射透镜 14 全反射面 15 第一空气缝 16 第二空气缝 17 出射透镜 18 卡固凸缘 19 光纤套筒 124 第一凹部 126 第二凹部 128 空腔1262第一安装表面 1263 第二安装表面1265 操作空间1281 开口151 光出口 161 光入口 199 对接腔 21 分光表面 22出射表面 23 底侧面 24 顶侧面 25、26 侧面 9 光路 90 光轴 91 光源的发射光 92 经会聚的入射光 93经全反射的入射光 94 传输光95 经分光后的折射光 96 经分光后的反射光 97 光学楔片的出射光 98 会聚前的出射光 99 经会聚的出射光。

具体实施方式

尽管本发明可以容易地表现为不同形式的实施例，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施例，同时可以理解的是本说明书应视为是本发明原理的示范性说明，而并非旨在将本发明限制到在此所说明的那样。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施例的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施例必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的***设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

在附图所示的实施例中，方向的指示（诸如上、下、左、右、前和后）用于解释本发明的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

以下结合本说明书的附图，对本发明的较佳实施例予以进一步地详尽阐述。

参见图1所示的本发明的光学设备100的一较佳实施例，该光学设备100为板上芯片封装（COB）模组结构，其包括一光学模组10，用于实现光发射传输；一光学模组20，用于实现光接收传输；用于装设这些光学模组10、20的一电路板30以及装设在该电路板30上与这些光学模组10、20相配合的处理电路40。该电路板30上还装设有与该光学模组10配合应用的一光发射元件７和一监控元件８（结合参见图4）。该光发射元件7较佳是激光发光二极管，该监控元件8较佳是光电二极管。该光发射元件7的发射功率是能够根据该监控元件8提供的监控光的光强进行调节的。

参见图2、图3、图5和图6，该光学模组10包括一光学基座1，附加在该光学基座1上的一光学楔片2以及覆盖在该光学基座１顶部的一盖板4。

该光学基座1是由透明的光学塑料一体注塑而成，其前端设有用于对接一光纤（图未示）的一光纤套筒19及由该光纤套筒19的外周向外突设出的一卡固凸缘18。该光学基座1具有相对的一底面11和一顶面12，设于该底面11的一入射透镜13，位于该入射透镜13上方的一全反射面14，形成于该全反射面14前方的一出射透镜17（其具有呈凸出弧形的会聚表面）和位于该出射透镜17前方的一对接腔199。在本实施例中，该光纤套筒19是一体成型在该光学基座1上的，通过该卡固凸缘18可以与另一光纤部件（图未示）牢固地对接在一起。而在其他实施例中，该光纤套筒19可以是独立于该光学基座1的一部件。

结合参见图7，该光学楔片2是一个独立的六面体，其具有相对的一分光表面21和一出射表面22、分别连接于分光表面21与出射表面22之间的一底侧面23、一顶侧面24以及两个侧面25、26。该光学楔片2较佳是采用与该光学基座1不同的光学材料制成，并且具有不同的光学折射系数。该光学楔片2装设于该光学基座1的全反射面14与出射透镜17之间，并在该分光表面21与该光学基座1之间形成有一第一空气缝15，该出射表面22与该光学基座1之间形成有一第二空气缝16。

该光学基座1的顶面12在对应于该全反射面14的部位向下凹设有一第一凹部124。该光学基座1的顶面12在对应于该第一空气缝15及该第二空气缝16的部位向下凹设有一第二凹部126和与该第二凹部126连通的一空腔128。

该第二凹部126的底面包括一第一安装表面1262和一第二安装表面1263。该第一安装表面1262是由后往前向下倾斜地形成在该光学基座1上，该光学楔片2对应贴设在该第一安装表面1262上。该第一安装表面1262的宽度恰可与该光学楔片2相配合，该第二凹部126在该第一安装表面1262的两侧还各设有一操作空间1265。在本实施例中，该操作空间1265是凹设于该第一安装表面1262一侧的一个半圆柱结构。该空腔128相对该第一安装表面1262向下凹陷。该空腔128并在该第一安装表面1262的中部形成一开口1281。

前述的第一空气缝15由该空腔128构成。前述的第二空气缝16由该第二凹部126构成。该第一空气缝15的分界面151构成一光出口，经全反射面14偏转后的光穿过该分界面151射入到该第一空气缝15，也即，光传输的介质由构成该光学基座1的光学塑料材质转换为该第一空气缝15中的空气；其中分界面151较佳是沿一个基本上垂直向下的方向延伸（即与垂直方向大约只有2度至5度的偏离），从而有利于成型该光学基座1时进行拔模操作以及减少对经全反射的入射光93的反射。该第二空气缝16的分界面161构成一光入口，光穿过该分界面161再次入射到该光学基座1，也即，光传输的介质由该第二空气缝16中的空气转换为构成该光学基座1的光学塑料材质。该出射透镜17的凸出弧形的分界面构成一会聚表面，用于将再次入射到该光学基座1的光对准一光传输元件（图未示出，即插置在该对接腔199中的光纤）的端面，从而实现光从光发射元件７到光传输元件的耦合。该盖板4（结合图5，一并参见图1）覆盖在该第二凹部126的上方来封闭该第二空气缝16，从而可以防止灰尘进入其中影响光路9的传输。

结合参见图7，该光学楔片2也是由透明的光学塑料一体注塑而成，该分光表面21与出射表面22均为矩形。该底侧面23和顶侧面24也均为矩形，且该底侧面23的面积小于该顶侧面24的面积。这两个侧面25、26均为梯形。该分光表面21与出射表面22的夹角29的范围较佳为6到10度之间。在本实施例中，该分光表面21与出射表面22的夹角29为8.8度。

该分光表面21上可以根据分光比的需要镀有不同的分光膜。当该光学楔片2装设到该光学基座1上时，该分光表面21与第一安装表面1262相贴合，该底侧面23与该第二安装表面1263相贴合。该分光表面21的面积大于该空腔128的开口1281的面积，从而该光学楔片2能够通过粘胶使该分光表面21与第一安装表面1262粘接，并使该底侧面23与第二安装表面1263粘接。该光学楔片2在该光学基座1上的安装定位，可以借助于操作员使用一操作工具（如镊子）在该操作空间1265内实施。

参见图2、图3、图4和图5，该光学模组10的光路9大致为：光发射元件7发出的发射光91由该光学基座1的底面11向上射入该入射透镜13进行会聚成一入射光92；经会聚的入射光92向上投射到该全反射面14；经全反射的入射光93以稍向下倾斜的方向，向前行进至该第一空气缝15的分界面151；在第一空气缝15中行进的传输光94投射至该分光表面21时，传输光94的一部分经由该分光表面21的反射，向下倾斜射出该光学基座1以提供一监控光（即反射光96）给监控元件8，从而可以依据监控元件8的受光强度，经由反馈控制光发射元件7的发光功率；传输光94与该分光表面21大致成一个30度至45度之间的夹角，传输光94的另一部分将在该分光表面21处发生折射，进入该光学楔片2内成为折射光95继续向前行进；折射光95与该出射表面22大致成一个60度至80度之间的夹角，折射光95将再次折射穿出该出射表面22成为一出射光97,由于该分光表面21与出射表面22倾斜相交成一夹角，从而该出射光97相对于该传输光94将会向上偏转一角度，且该出射光97大致是平行于光轴90地向前射出。出射光97先在第二空气缝16中向前行进；再经由第二空气缝16的分界面161向前重新入射到该光学基座1，并以会聚前的出射光98向前行进；最后，经由该出射透镜17形成经会聚的出射光99对准到光纤内。其中，入射光93是向下稍微倾斜地穿越光轴90的，而会聚前的出射光98是平行于光轴90行进的。会聚后的出射光99大致与光轴90平齐。

这种光学模组10的设计，可以在保持该光学基座1不变的基础上，仅仅通过更换具有不同分光膜的光学楔片2，就可以很灵活地改变反射到监控元件8上的光强大小，即可以改变分光比。通过监控元件8来获取监控光的光强，可以反馈控制光发射元件７的出光功率来保证出射光99较为稳定地输出。另外，利用光学楔片2的折射作用以及该分光表面21与出射表面22之间的夹角29可以将稍微向下倾斜射入光学楔片2的传输光94调整为从光学楔片2向外水平射出的出射光98，这样一来有利于将入射光92在光学基座1的全反射面14上对应的反射位置向上调整，避免发生第一凹部124向下穿透光学基座1的底部的情形，从而有利于降低光学基座1的整体高度。

与现有技术相比，本发明通过设置双空气缝15、16并配合光学楔片2的设计，可以很方便地通过更换具有不同分光膜的光学楔片2来改变光学设备100的分光比，有利于分光比的灵活调节；另外，通过光学楔片2来偏折光可以向上调整入射光92在全反射面14上所对应的反射位置，有利于光学基座1的微型化设计。

上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种光学模组，其设置在一光发射元件和一光传输元件之间，用于将该光发射元件的发射光耦合到该光传输元件的端面；该光学模组包括：一光学基座，设有使入射到该光学基座的光偏转一预定角度的一全反射面和用于将出射光对准至该光传输元件的一会聚表面；其特征在于，该光学基座上还附加有一光学楔片，该光学楔片具有一分光表面和与该分光表面相对的一出射表面，其中该分光表面与该光学基座之间形成有一第一空气缝，该出射表面与该光学基座之间形成有一第二空气缝；经由该全反射面反射的入射光先以向下倾斜的方向在该光学基座内行进，穿出该光学基座后再经由该第一空气缝投射到该分光表面，其中一部分光在该分光表面上发生反射以提供一监控光；而另一部分光则经由该光学楔片向上偏折后先穿过该第二空气缝，再重新进入该光学基座向外水平射出并经由该会聚表面对准至该光传输元件。

2.依据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，该分光表面上镀有一层分光膜，该分光表面与该出射表面倾斜相交成一夹角。

3.依据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，该光学楔片是一个独立的六面体，该光学楔片具有分别连接于所述分光表面与所述出射表面之间的一底侧面、一顶侧面以及两侧面；其中，该底侧面和顶侧面均为矩形，且该底侧面小于该顶侧面；该两侧面均为梯形。

4.依据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，该分光表面与该出射表面的夹角的范围为6到10度之间。

5.依据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，该光学楔片是向下倾斜地安装在该光学基座上；从该光学楔片的出射表面向外射出的光相对于投射到该分光表面的光是向上偏转一角度的。

6.依据权利要求1至5任一项所述的光学模组，其特征在于，该光学基座上设有与该光学楔片的分光表面相贴合的一第一安装表面，该第一安装表面是成一倾角地倾斜向下延伸而成。

7.依据权利要求6所述的光学模组，其特征在于，该第一安装表面的宽度恰可与该光学楔片相配合，该光学基座在该第一安装表面的两侧还各向外凹设有一操作空间。

8.依据权利要求6所述的光学模组，其特征在于，该光学基座的顶面向下凹设有一凹部和与该凹部连通的一空腔，该第一安装表面构成该凹部的底面，该空腔是向下凹陷地开口于该第一安装表面的中部。

9.依据权利要求8所述的光学模组，其特征在于，所述的第一空气缝是由该空腔所构成，所述的第二空气缝由该凹部所构成。

10.依据权利要求9所述的光学模组，其特征在于，该光学模组还包括覆盖在该凹部上方的一盖板，用于封闭该第二空气缝。

11.依据权利要求1至5任一项所述的光学模组，其特征在于，该光传输元件是一光纤；该光学基座是一体注塑而成，其前端设置有一光纤套筒及由该光纤套筒的外周向外突设的一卡固凸缘，该光纤套筒具有与所述会聚表面相对应的一对接腔，用于对应***述的光纤。

12.一种光学设备，其特征在于，包括如权利要求1至11任一项所述的光学模组，用于装设该光学模组的一电路板以及装设在该电路板上与该光学模组配合使用的一光发射元件和一监控元件，其中该监控元件用于接收从该光学模组射出的所述监控光，该光发射元件的发射功率是能够根据所述监控光的光强进行调节的。

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