KR20000071235A

KR20000071235A - 광송수신 모듈

Info

Publication number: KR20000071235A
Application number: KR1020000001134A
Authority: KR
Inventors: 이시하라다께히사; 미유끼히데끼; 나구라가즈히또; 데라시마겐따로; 나까쯔히로시
Original assignee: 마찌다 가쯔히꼬; 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2000-11-25
Also published as: CN1260501A; US6236477B1; MY117973A; TW419610B; CN1155843C; JP3385238B2; KR100355980B1; JP2000266969A

Abstract

본 발명에 따른 광송수신 모듈은 광원; 수광 소자; 및 광원으로부터의 신호 광이 광섬유에 입사되도록 하고 광섬유로부터 출력된 신호 광이 수광 소자에 입사되도록 하는 광 분지 소자를 포함한다. 상기 광 분지 소자는 광원과 수광 소자를 연결하는 가상 라인에 대하여 실질적으로 수직으로 연장하는 평면 상에 실질적으로 동일한 피치로 배열된 복수개의 삼각 프리즘을 포함하는 프리즘 어레이를 포함한다.

Description

광송수신 모듈{OPTICAL TRANSMISSION AND RECEIVING MODULE}

본 발명은 광 섬유를 통해 광 신호를 송신 및 수신할 수 있는 광 통신 시스템에 이용되는 광송수신 모듈 특히, 예를 들면 IEEE394 및 USB2를 기초로 고속 전송을 실현할 수 있는 광송수신 모듈에 관한 것이다.

일본 공개 번호 제7-248429호는 도 30에 도시된 것과 같은 광송수신 모듈(1000)을 개시한다. 광송수신 모듈(1000)은 아래의 방식으로 동작한다.

발광 소자(1001)에 의해 방사된 송신 신호 광은 패키지에 부착된 커버 글래스(1060)를 통해 송신되고 포컬트 프리즘(Foucault prism: 1003)에 의해 2개의 성분으로 분기된다. 광 성분은 렌즈(1004)에 의해 지점 A 및 지점 B로 수집된다. 즉, 광 성분만이 광 섬유(1007) 상에 입사된다.

광 섬유(1007)에 의해 출력되는 수신 신호 광은 렌즈(1004)에 의해 수집되고 포컬트 프리즘(1003) 상에 입사된다. 광은 포컬트 프리즘(1003)에 의해 2개의 광 성분으로 분기되고 다음으로 커버 글래스(1006)를 통해 전송된다. 2개의 광 성분 중 하나는 수광 소자(1002)에 입사된다.

일본 공개 공보 제8-15582호는 도 31에 도시된 다른 광송수신 모듈(2000)을 개시한다. 광송수신 모듈(2000)은 아래의 방식으로 동작한다.

반도체 레이저(2002)에 의해 방출된 전송 신호 광은 렌즈(2004)에 의해 집진된다. 광은 다음으로 홀로그래픽 회절 격자(2005) 상에 입사되어 0차계 광 성분 및 1차계 광 성분으로 분기된다. 집진된 0차계 광 성분만이 광 섬유(2006) 상에 입사된다.

광 섬유(2006)에 의해 출력된 수신 신호 광은 홀로그래픽 회절 격자(2005) 상에 입사되고 0차계 광 성분 및 1차계 광 성분으로 분기된다. 모든 광 성분은 집진된다. 렌즈(2004)에 의해 집진된 1차계 광 성분만이 수광 소자(2003) 상에 입사된다.

도 30에 도시된 광송수신 모듈(100)은 아래의 문제점을 갖는다.

(1) 포컬트 프리즘(1003)의 꼭지각이 2°내지 3° 정도로 작으므로, 발광 소자(1001) 및 수광 소자(1002)는 불가피하게 서로 인접하다. 따라서, 수광 소자(1002)는 수신 신호 광의 초점(1008)로부터 떨어져서 위치될 필요가 있다. 그러므로, 수신 신호 광은 확대된 상태에서 검출될 필요가 있다. 이를 위해서는 수광 소자(1002)가 클 필요가 있다. 그러한 큰 수광 소자(1002)는 고속 전송을 수행하기 위해 너무나 큰 용량을 갖는다.

발광 소자(1001)와 수광 소자(1002) 사이의 간격을 연장하기 위해서는 포컬트 프리즘(1003)의 꼭지각을 증가시키는 것을 생각해볼 수 있으나, 그러한 구조는 포컬트 프리즘(1003)이 두꺼워야 할 필요가 있다. 이는 광송수신 모듈(1000)의 크기 감소를 어렵게 한다.

(2) 포컬트 프리즘(1003)이 광 섬유(1007)의 광 축 상에 있지 않는 경우 포컬트 프리즘(1003)의 분기비는 지정된 비로부터 변경되므로, 포컬트 프리즘(1003)은 고도로 정확하게 위치될 필요가 있다.

(3) RCLED(광진 캐비티 발광 다이오드)가 발광 소자(1001)에 대해 이용되는 경우, 고효율의 RCLED에서 생성된 광의 최고치 방사 각이 0°가 아니므로, 광 이용 효율은 감소된다.

도 31에 도시된 광송수신 모듈(2000)은 아래의 문제점을 갖는다.

(1) 반도체 레이저(2002)의 온도에 따라 광 파장이 변한다. 홀로그래픽 회절 격자(2005) 상에 입사된 광 파장이 변하는 경우, 광의 집진 위치 및 수광 소자(2003) 상에 입사된 광 스팟의 직경이 변화한다. 그러므로, 광송수신 모듈(200)의 수광 감도는 감소된다.

(2) 홀로그래픽 회절 격자(2005)로부터의 회절된 광은 통신용으로는 이용 불가능한 고차계 회절 광 성분을 포함하므로, 광송수신 모듈(200)의 광 이용 효율은 감소된다.

(3) 고차계 회절 광 성분을 억제하기 위해 필요한 톱니형 회절 격자의 생산은 격자의 미세 피치로 인하여 어렵다.

(4) 발광 소자로서 반도체 레이저(2002) 대신에 RCLED를 이용하는 경우, 고 효율의 RCLED에서 생성된 광의 최고치 방사 각도가 0°가 아니므로 광 이용 효율은 감소된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 광송수신 모듈은 광원, 수광 소자, 및 광원으로부터의 신호 광을 광 섬유에 입사되도록 하며 광 섬유로부터 출력된 신호 광을 수광 소자 상에 입사되도록 하는 광 분기 소자를 포함한다. 광 분기 소자는 광원과 수광 소자를 접속하는 가상 선에 실질적으로 연직으로 연장하는 평면 상에서 실질적으로 동일한 피치로 정렬된 다수의 삼각 프리즘을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 광송수신 모듈은 d/2>P>>λ/sinθ을 이행하는데, 여기서 d는 광 섬유의 직경이고, λ는 광원으로부터의 광의 파장이고, P는 다수의 삼각 프리즘의 피치이며, θ는 다수의 삼각 프리즘의 편향각이다.

본 발명의 일 실시예에서, 다수의 삼각 프리즘의 각각은 2등변 삼각 횡단면을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에서, 다수의 삼각 프리즘 각각은 약 -20° 내지 60° 범위내에서 꼭지각을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에서, 광송수신 모듈은

1/tan(1/αtx)=1/tan(1/αrx)+tan(αrx-arcsin(αrx/n))을 이행하되,

αtx는 일 꼭지각이고, αrx는 다른 꼭지각이고, n은 다수의 삼각 프리즘 각각의 굴절율이다.

본 발명의 일 실시예에서, 광송수신 모듈은 Φ>B를 이행하되, 여기서 Φ는 광 섬유로부터 프리즘 어레이까지 출력된 신호 광의 직경이며, B는 다수의 삼각 프리즘 각각의 밑면의 길이이다.

본 발명의 일 실시예에서, 프리즘 어레이는 아크릴로 형성된다.

본 발명의 일 실시예에서, 광원은 반도체 레이저 소자로 형성된 발광 소자를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 광원은 공진 캐버티 발광 다이오드로 형성된 발광 소자를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 광원은 발광 소자를 포함하며, 광 분기 소자의 편향각 및 발광 소자로부터의 방사 광의 최고치 방사각은 서로 실질적으로 동일하다.

본 발명의 일 실시예에서, 광원은 발광 소자를 포함하며, 발광 소자는 제1 집광 렌즈를 포함하고, 수광 소자는 제2 집광 렌즈를 포함하며, 광송수신 모듈은 프리즘 어레이와 제1 집광 렌즈 및 제2 집광 렌즈 사이에 제공된 적어도 하나의 콜리메이터 렌즈를 포함하며, 적어도 하나의 집광 렌즈는 프리즘 어레이에 대해 평행하다.

본 발명의 일 실시예에서, 프리즘 어레이 및 콜리메이터 렌즈는 일체형으로 형성된다.

본 발명의 일 실시예에서, 꼭지각 αtx는 αrx와는 상이하며, αtx와 αrx는 다수의 삼각 프리즘 각각의 서로 다른 각도를 갖는다.

본 발명의 일 실시예에서, 프리즘 어레이는 임의의 깊이를 갖는 트로프(trough) 및 임의의 높이를 갖는 피크(peak)를 포함한다.

그러므로, 본 발명은 만족할 만한 광 이용 효율을 갖는 광송수신 모듈을 컴팩트하고 제조가 용이하도록 하는 이점을 가능하게 하는 것이다.

본 발명의 이러한 이점 및 다른 이점은 첨부된 도면을 참조로 한 아래의 상세한 설명에서 당해 분야의 숙련자가 잘 이해할 수 있음이 명백하다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 광송수신 모듈의 개략도.

도 2 내지 도 5는 종래예와 본 발명에 따른 제1 실시예.의 프리즘을 비교하는 개략도.

도 6은 제1 실시예에서의 시뮬레이션에 의해 얻어진 프리즘의 꼭지각 αtx와 광 이용 효율 사이의 관계를 도시하는 그래프.

도 7은 제1 실시예의 시뮬레이션에 의해 얻어진 프리즘의 꼭지각과 분기 비율 사이의 관계를 도시하는 그래프.

도 8은 프리즘의 포지티브 꼭지각을 도시하는 그래프.

도 9는 프리즘의 네가티브 꼭지각을 도시하는 그래프.

도 10은 프리즘에 입사되는 광이 수광 소자를 향해 굴절됨을 도시하는 도면.

도 11은 프리즘에 입사되는 광이 광 섬유를 향해 굴절됨을 도시하는 도면.

도 12는 상이한 꼭지각 αtx와 분기비율 사이의 관계를 도시하는 도면.

도 13은 상이한 꼭지각 αtx와 광 이용 효율 사이의 관계를 도시하는 도면.

도 14는 본 발명에 따른 제2 실시예에서의 광송수신 모듈의 단면도.

도 15는 도 14의 선 A-A를 따라 절단된 도 14에 도시된 광송수신 모듈의 단면도.

도 16은 본 발명에 따른 제3 실시예에서의 광송수신 모듈의 횡단면도.

도 17은 도 16에 도시된 광송수신 모듈의 광 시스템의 확대도.

도 18a, 18b, 및 18c는 도 16에 도시된 광송수신 모듈의 몰드 패키지의 측면도, 평면도 및 전면도.

도 19는 본 발명에 따른 제4 실시예에서의 RCLED의 횡단면도.

도 20은 상이한 광전 변환 효율을 갖는 RCLED의 방사 특성을 나타내는 도면.

도 21은 본 발명의 제5 실시예에 따른 광송수신 모듈의 광 시스템의 평면도.

도 22는 도 21에 도시된 광송수신 모듈의 광 시스템의 확대도.

도 23은 도 21에 도시된 광송수신 모듈의 개조를 도시하는 도면.

도 24는 본 발명에 따른 제6 실시예의 광송수신 모듈을 도시하는 도면.

도 25는 본 발명에 따른 제7 실시예의 광송수신 모듈을 도시하는 도면.

도 26은 αtx=αrx=60° 및c αtx=60°이고 αrx=65°인 경우의 제7 실시예이 광송수신 모듈의 수광 소자의 다양한 위치에서 수신된 광의 강도를 도시하는 도면.

도 27은 본 발명에 따른 제8 실시예의 광송수신 모듈의 프리즘 어레이를 도시하는 도면.

도 28은 광 모듈로부터의 광의 간섭의 감소를 도시하는 제8 실시예의 프리즘 어레이를 도시하는 도면.

도 29는 본 발명에 따른 제9 실시예에서의 광송수신 모듈의 프리즘 어레이를 도시하는 도면.

도 30은 종래 기술의 광송수신 모듈을 도시하는 도면.

도 31은 다른 종래 기술의 광송수신 모듈을 도시하는 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 설명〉

10: 광원

10a: 발광 다이오드

10b: 렌즈

11: 수광 소자

11a: 포토다이오드

20: 광분기 소자

100: 광송수신 모듈

아래부터, 본 발명이 첨부된 도면을 참조로 도시된 예를 들어 설명된다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 광송수신 모듈(100)의 개략도이다.

광송수신 모듈(100)은 광원(10), 수광 소자(11) 및 광 분기 소자(20)를 포함한다.

광원(10)은 송신광(51)은 광 분기 소자(20)로 출력한다. 광원(10)은 예를 들면 발광 다이오드(10a) 및 발광 다이오드(10a)로부터 출력된 광을 수집하기 위한 렌즈(10b)를 포함한다.

수광 소자(11)는 광 분기 소자(20)로부터의 수신 광(52)을 수신한다. 수광 소자(11)는 예를 들면 포토다이오드(11a) 및 수신 광(52)을 수집하기 위한 렌즈(11b)를 포함한다.

광원(10)과 수광 소자(11)를 접속시키는 가상선은 화살표 X로 표시된 방향("X 방향"으로 칭함)으로 연장한다. 화살표 Z로 표시된 방향(아래부터, "Z 방향"으로 칭함)은 X 방향에 실질적으로 수직이며, 화살표 Y로 표시된 방향(아래부터, "Y 방향"으로 칭함)은 X 방향 및 Z 방향에 실질적으로 수직이다.

광 분기 소자(20)는 송신 광(51)을 광원(10)으로부터 광 섬유(30)까지 신호 광(53)으로서 출력하고, 광 섬유(30)로부터 수신된 신호 광(54)을 수신 광(52)으로서 수광 소자(11)에 출력한다. 광 분기 소자(20)는 예를 들면 기저 본체(base body; 21) 및 다수의 프리즘(22)을 포함하는 프리즘 어레이(22a)를 포함한다.

기저 본체(21)는 예를 들면 PET(폴리에틸렌 텔레프탈레이트)로 형성되고, 프리즘(22)은 예를 들면 아크릴로 형성된다.

각각의 프리즘(22)은 Y 방향으로 절단되는 경우 실질적으로 삼각형의 횡단면을 갖는다. 기저 본체(21)에 평행한 삼각 프리즘(22)의 측면(23)은 Y 방향으로 연장된다. 프리즘(22)은 인접 프리즘(22)의 측면(23) 사이의 간격이 피치(P)인 방식으로 정렬된다. 송신 광(51)이 광원(1)으로부터 송신되는 쪽으로 향하는 꼭지각은 αtx로 표시되고, 수신 광(52)이 수광 소자(11)에 의해 수신되는 쪽으로부터의 삼각 프리즘의 꼭지각은 αrx로 표시된다.

문자 θ는 Z 방향과 전송 광(51) 및 Z 방향과 수신 광(52)에 의한 프리즘(22)이 편향각을 표시한다.

광송수신 모듈(100)은 양호하게는 P>>λ/sinθ 조건을 충족한다. P=λ/sinθ의 조건 하에서, 광 분기 소자(20)에 의해 수행된 광 분기 및 편향(deflection)은 회절(diffraction)에 의해 가장 큰 영향을 받는다.

P>>λ/sinθ 조건이 충족되는 경우, 광 분기 소자(20)에 의해 수행된 광 분기 및 편향은 굴절(refraction)에 가장 큰 영향을 받는다. 그러한 광 분기 및 편향은 광원(10)으로부터의 광의 파장의 변화에 의해 크게 영향을 받지 않고, 그러므로 고차계 굴절광 성분은 생성되지 않는다. 그러므로, 광송수신 모듈(100)은 만족할 만한 광 이용 효율을 갖는다.

홀로그래픽 굴절 격자는 예를 들면 -3.453의 Abbe 수를 갖는다. 아크릴로 형성된 프리즘 어레이는 57의 Abbe 수를 갖는다. 아크릴로 형성된 프리즘 어레이를 포함하는 광송수신 모듈(100)은 홀로그래픽 굴절 격자를 이용하는 광송수신 모듈 보다 파장의 변화에 대해 적어도 10배 덜 민감하다.

광송수신 모듈(100)은 양호하게는 Φ>B를 충족하는데, 여기서 Φ는 광 섬유(30)에서 프리즘 어레이(22A)까지 출력된 신호 광의 광 스팟의 직경 또는 프리즘 어레이(22A)부터 광 섬유(30)까지 출력된 신호 광(53)의 광 스팟의 직경을 표시하고, B는 프리즘(22)의 밑면의 길이를 표시한다.

프리즘(22)의 위치 오프셋에 의해 야기된 분기비(입사광을 분기함에 의해 얻어진 광 성분의 광 스팟 직경의 비율)의 변화는 프리즘(22)의 위치가 피치 P의 1/4 만큼 오프셋되는 경우 최대가 된다. 이는 도 2 내지 6을 참조로 설명될 것이다.

도 2 및 4는 광 스팟 직경(Φ)을 갖는 광 성분(51A)가 도 30에 도시된 광송수신 모듈(1000)의 포컬트 프리즘(1003)에 대해서 독자적으로 이용되는 포컬트 프리즘(1030) 상에 입사되고 2개의 광 성분(51B 및 51C)로 분기됨을 도시하는 도면이다. 도 3 및 5는 광 스팟 직경(Φ)을 갖는 광 성분(51A)가 광송수신 모듈(100)의 프리즘 어레이(22A)에 입사되고 2개의 광 성분(51D 및 51E)로 분기됨을 도시하는 도면이다.

포컬트 프리즘(1030) 및 프리즘 어레이(22A)은 동일한 크기(L)를 갖는다.

도 2 및 3에서, 포컬트 프리즘(1030) 및 프리즘 어레이(22A) 모두는 1:1 비율로 분기된다.

포컬트 프리즘(1030)이 광 성분(51A)의 중심축(51F)에 대한 간격(D)만큼 아래에 위치하는 도 4에서, 포컬트 프리즘(1030)의 분기비는 1:1로부터 오프셋된다.

제1 실시예에서, 프리즘 어레이(22A)은 도 3에 도시된 위치로부터 아래에 위치하고, 프리즘 어레이(22A)의 분기비는 1:1로부터 오프셋된다. 도 5에 도시된 것처럼, 프리즘 어레이(22A)의 분기비는 프리즘 어레이(22A)이 중심축(51F)에 대해 1/2P만큼 아래에 위치되는 경우 1:1로 복귀한다.

따라서, 프리즘 어레이(22A)가 Φ>B의 조건을 충족하는 경우, 광송수신 모듈(100)(도 1)은 포컬트 프리즘(1030 또는 1003)과 같은 프리즘을 포함하는 광송수신 모듈(1000)(도 30)에 대해 파장의 변화에 덜 민감하다.

보다 양호하게는, 광송수신 모듈(100)은 d/2>P의 조건을 충족한다. 여기서, d는 광 섬유(30)의 직경을 표시한다.

광송수신 모듈(100)이 Φ>B의 조건을 충족하는 경우, 프리즘 어레이(22A)의 높이(h2)는 포컬트 프리즘(1030)의 높이(h1) 보다 적다. 다시 말하면, Φ>B의 조건을 충족하는 광송수신 모듈(100)은 포컬트 프리즘(1030 또는 1003)을 포함하는 광송수신 모듈(1000)보다 더 낮거나 얇다.

도 6은 프리즘(22)의 꼭지각(αtx)와 시뮬레이션에 의해 얻어진 광 이용 효율 사이의 관계를 도시하는 도면이다. 도 7은 꼭지각(αtx)와 시뮬레이션에 의해 얻어진 분기비 사이의 관계를 도시하는 도면이다. 프리즘(22)의 굴절율은 1.5이다. 도 6 및 7의 수학식 1은 아래와 같다.

1/tan(1/αtx)=1/tan(1/αrx)+tan(αrx-arcsin(αrx/n))

도 6에 도시된 것처럼, 프리즘의 꼭지각(αtx)가 약 -20°내지 약 60°의 범위내에 있는 때, 광 이용 효율 즉, 광이 송신되는 경우의 투과율(ηtx) 및 광이 수신되는 경우의 투과율(ηrx)의 합은 약 85% 또는 그 이상이다.

프리즘(22)의 꼭지각(αtx)의 포지티브 값은 도 8에 도시된 것처럼 각각의 프리즘(22)의 꼭지점이 광 섬유(30)와 대면하고 있음을 의미한다. 프리즘(22)의 꼭지각(αtx)의 네가티브 값은 도 9에 도시된 것처럼 각각의 프리즘의 꼭지점이 광 섬유(30)로부터 멀어짐을 의미한다.

광이 전송되는 경우의 투과율(ηtx)은 광이 수신되는 경우의 투과율(ηrx)와 동일할 수 있다.

ηtx=ηrx의 조건을 충족시키기 위해서, 광송수신 모듈(100)은 아래의 이유로 인해 상술한 수학식 1: 1/tan(1/αtx)=1/tan(1/αrx)+tan(αrx-arcsin(αrx/n))을 충족시킬 수 있다.

도 10은 프리즘(22)에 입사되는 광이 분기되고 수광 소자(11)쪽으로 굴절됨을 도시한다(도 1; 도 10의 우측 하단)

도 10에 도시된 광의 투과율은 굴절 표면에서의 프레넬 반사가 무시되는 경우 Prx/P로 표시된다.

Prx/P={h/tanαrx}/{h(1/tanαtx+1/tanαrx)}

={1/tanαrx}/{1/tanαtx+1/tanαrx}

여기서 P=h(1/tanαtx+1/tanαrx), Prx=h/tanαrx, 및 h는 프리즘(22)의 높이이다.

도 11은 프리즘(22)에 입사하는 광이 분기되고 광 섬유(30)(도 1; 도 11의 좌측)쪽으로 굴절됨을 도시하는 도면이다.

도 11에 도시된 광의 투과율은 굴절 표면에서의 프레넬 반사가 무시되는 경우 Ptx/P로 표시된다.

Ptx/P={1/tanαtx+tan(αrx-arcsin(αrx/n))}/{1/tanαtx+1/tanαrx}

여기서 Ptx=h/tanαtx+h(tan(αrx-arcsin(αrx/n))), 및 n은 프리즘(22)의 굴절율이다.

ηtx=ηrx를 실현하기 위해서는, Ptx=Prx이므로 상술한 수학식 1: 1/tan(1/αtx)=1/tan(1/αrx)+tan(αrx-arcsin(αrx/n))이 이 충족될 필요가 있다.

도 7에서, 곡선(71)은 αrx=αtx일 경우 얻어지고, 곡선(72)는 수학식이 충족되는 경우 얻어진다.

곡선 72(수학식 1이 충족됨)은 곡선 71(αrx=αtx) 보다 넓은 범위에서 ηtx=ηrx(ηtx/ηrx=1)를 충족한다.

수학식 1이 충족되는 경우라도, 프레스텔 반사가 무시될 수 없으므로 꼭지각(αtx)가 선정 범위를 넘는 경우 분기비는 ηtx/ηrx<1이다. 상대적으로 넓은 범위의 꼭지각에서 ηtx=ηrx를 실현하기 위해서는, 꼭지각(αtx)는 프레넬 반사를 고려하여 결정될 필요가 있다.

ηtx=ηrx인 경우, 동일 유형의 광송수신 모듈 사이의 광 이용 효율은 후술하는 것처럼 개선된다.

아래의 설명에서, 2개의 광송수신 모듈이 있음이 가정된다. 광송수신 모듈 중 하나는 광이 송신되는 경우 투과율 ηtxA를 가지며 광이 수신되는 경우 투과율 ηrxA를 가진다. 다른 광송수신 모듈은 광이 송신되는 경우 투과율 ηtxB를 가지며 광이 수신되는 경우 투과율 ηrxB를 갖는다.

각각의 광송수신 모듈의 광 분기 소자는 파형 표면 분기형(wave surface branching type)이므로, ηtxA+ηrxA=1이고 ηtxB+ηrxB+1이다. 광송수신 모듈 모두는 동일한 유형이므로, ηtxA=ηtxB이며, ηrxA=ηrxB이다. 광 이용 효율은 ηtxA×ηrxB 또는 ηtxB×ηrxA이다.

상술한 관계로부터, ηtxA×ηrxB=ηtxA×ηrxA=ηtxA×(1-ηtxA)이다. 광 이용 효율은 ηtxA=0.5 즉 ηtxA=ηrxA인 경우 최고이다.

광 송수신 모듈의 이용이 요구될 때 광 송수신 모듈은 1 : 1이 아닌 분기 비(branching ratio)을 가질 수 있다.

예를 들면, 이동 통신 단말에서 통신 시의 소비 전력을 저하시키기 위한 요구가 높아지고 있다. 이 경우, 수신 시 보다 높은 전력을 소비하는 송신 동안 효율을 향상시키기 위한 분기 비는 ηtx/ηrx＞1일 수 있다.

도 12는 αtx가 30。, 45。 및 60。일 때 arx 대 분기 비의 관계를 도시한 그래프이다. 도 13은 αtx가 30。, 45。 및 60。일 때 arx 대 광 이용 효율의 관계를 도시한 그래프이다. ηtx/ηrx＞1, 예를 들면, ηtx/ηrx=1을 실현하기 위해서는, 도 12에서 곡선 121과 같이 αtx는 약 30。이고, arx는 약 60。이다. 이 경우, 광 이용 효율은 도 13에서 곡선 131에 의해 도시된 바와 같이 약 85% 이상이다.

도 1의 광 송수신 모듈(100)의 피치 P는 도 31의 광 송수신 모듈(2000)의 홀로그램 회절 격자(2005)의 피치보다 크다.

광 송수신 모듈(2000)에서는, 예를 들면, 광원으로부터의 광의 파장(λ)이 650㎚인 경우, 회절각(θ)이 30。이고, 홀로그램 회절 격자(2005)의 피치는 P, P=λ/sinθ=1.3 ㎛이다.

도 1에 도시된 광 송수신 모듈(100)에 있어서, 프리즘(22)이 아크릴로 이루어져 있고 45˚의 정점 각들(vertex angles) αtx 및 αrx를 가질 때, 프리즘(22)의 굴절각은 약 30˚이다. 프리즘(22)의 높이(h2) (도 2)가 25 ㎛일 때, 피치(P)는 50 ㎛이다. 이러한 조건 하에서는, 광 송수신 모듈(100)이 도 31에 도시된 광 송수신 모듈(2000)보다 용이하게 제조될 수 있다.

(제2 실시예)

도 14는 본 발명에 따른 제2 예에서 광 송수신 모듈(200)의 단면도이다. 도 15는 선 A-A를 따라 절취한 도 14의 단면도이다. 도 1에서 참조된 동일 소자들은 동일한 참조 부호를 가지며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

송신 신호에 대하여, 광섬유(30)를 갖는 플러그(210)가 광 송수신 모듈(200) 안으로 삽입된다. 광섬유(30)는 플러그(210)와 동축이 되도록 배치된다.

광 송수신 모듈(200)은 일체형으로 몰드된 반도체 발광 칩(201)과 반도체 수광 칩(202)을 구비하는 몰드 패키지(230), 및 광 분기 소자(20)를 포함한다. 광 송수신 모듈(200)은 또한 그 안에 삽입된 빌드-인 IC(240)를 구비한 PWB (인쇄 회로 기판)(290)을 포함한다. 몰드 패키지(230), 광 분기 소자(20) 및 PWB(290)은 외부 패키지(220)에 내장된다.

외부 패키지(220)는, 비록 도시하지는 않았지만, 플러그(210)의 위치를 유지하기 위한 저장부, 광 분기 소자(20)가 삽입되는 삽입 그루브, 몰드 패키지(230)가 삽입되는 몰드 패키지 삽입부, 및 PWB(290)가 삽입되는 PWB 부착부를 포함한다. 외부 패키지(220)는 주입 몰딩에 의해 예를 들면 나일론, 또는 ABS 등의 수지로 이루어진다.

반도체 발광 칩(201)과 반도체 수광 칩(202)를 포함한 몰드 패키지(230)는 다음과 같이 제조된다. 반도체 발광 칩(201)과 반도체 수광 칩(202)은 은 페이스트 또는 인듐 페이스트에 의해 리드 프레임(280)에 고정된다. 리드 프레임(280)은 구리 판 상에 은을 도금함으로써 형성된다. 이 때, 리드 프레임(28)은 와이어 본딩에 의해 반도체 발광 칩(201)과 반도체 수광 칩(202)에 전기적으로 접속된다. 접속된 리드 프레임(280), 반도체 발광 칩(201) 및 반도체 수광 칩(202)은 몰드 내로 삽입되어 트랜스퍼 몰딩 처리된다. 몰드 패키지(230)의 표면 상에서는 (도시되지 않은) 적어도 2개의 렌즈들은 일체형으로 몰드된다.

광 분기 소자(20)는 예를 들면 (도 1의) 프리즘 어레이(22A)의 형태와 반전된 형태를 갖는 몰드에서, 예를 들면 아크릴과 같은 투명한 수지를 이온 주입함으로써 제조된다. 광 분기 소자(20)는 (도 15의) Y 방향으로 외부 패키지(220)의 삽입 그루브 내에 삽입되어 접착제에 의해 고정된다.

또한 액정 표시 패널의 역광의 조도를 보상하기 위한 프리즘 시트 등 이름으로 사용되는, 광 분기 소자(20)는 여러 회사들에 의해서 판매되고 있으며 용이하게 이용가능하다. 본 예에서는, Sumitomo 3M Limited에서 제조된 BEF II 90/50가 이용된다. 프리즘 시트는 PET 층 상에 제공된 45˚의 정점 각을 갖는 아크릴로 된 이등변 삼각형 프리즘 어레이를 포함한다.

PWB(290)은 증폭기, 구동 회로 및 복조 및 변조 회로를 포함하는 IC(240), 및 (도시되지 않은) 저항 또는 (도시되지 않은) 캐패시터를 포함한다. IC(240)의 일부 또는 전체, 저항 또는 캐패시터는 몰드 패키지(230)에 내장될 수 있다.

PWB(290)는 Y 방향으로 외부 패키지(220)의 PWB 부착부 내에 삽입되어 고정된다. 몰드 패키지(230)의 리드들(285)은 PWB(290)의 홀들 안으로 삽입되고, 리드들(285)은 전기적 접속을 위해 PWB(290)의 패턴에 납땜된다.

광 송수신 모듈(200)의 예시적인 동작이 설명될 것이다.

수신 신호 광은 광섬유(30)로부터 출력되어 광 분기 소자(20) 상에 Z 방향으로 입사된다.

그 다음, 광은 광 분기 소자(20)에 의해 Z 방향에서 약 ± 30˚ 기울어진 2개의 광 성분으로 분기된다. 하나의 광 성분은 렌즈들에 의해 몰드 패키지(230)의 표면 상에 모아져 반도체 수광 칩(202) 상으로 입사된다.

반도체 수광 칩(202) 상으로 입사된 수신 신호 광은 수신 신호 전류가 되어 PWB(290) 상의 전자 회로에 의해 처리된다. 그 다음, 수신 신호 전류는, 광 송수신 모듈(200)이 부착된, (도시되지 않은) 메인 PWB로 전송된다.

송신 신호는 메인 PWB와 리드들(285)을 통해 반도체 발광 칩(201)으로 송신된다. 신호는 반도체 발광 칩(201)에 의해 송신 신호 광 안으로 진행해 몰드 패키지(230)의 표면 상에서 렌즈들에 의해 수집된다. 그 다음, 송신 신호 광은 (Z 방향과 반대 방향인) -Z 방향에 대해 약 30˚ 기울어진 각도로 광 분기 소자(20) 상에 입사된다.

광은 광 분기 소자(20)에 의해 Z 방향으로 편향되어 광섬유(30) 상으로 입사된다. 그 다음, 광은 정보를 통신할, 다른 장치에 의해서 수신된다.

플러그(210)는 광섬유(30)의 광축에 대하여 대칭이므로, 광 분기 소자(20)의 프리즘 어레이가 또한 광섬유(30)의 광 축에 대해 대칭인, 광 송수신 모듈(200)의 크기를 감소시킨다는 장점이 있다.

(제3 실시예)

도 16은 본 발명에 따른 제3 예에서 광 송수신 모듈(300)의 단면도이다. 도 16은 도 15에서와 동일한 방향에서의 단면도로서, 광섬유(30)를 갖는 플러그(310)가 광 송수신 모듈(300) 안으로 삽입된 상태를 도시한다. 도 17은 광 송수신 모듈(300)의 광 시스템의 확대도이다. 도 18a, 도 18b 및 도 18c는 각각 (도 16의) 몰드 패키지(230)의 측면도, 평면도 및 전면도이다. 이전의 예에서 설명한 동일한 소자들은 동일한 참조 부호로 나타내며, 이들에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

광 송수신 모듈(300)은, 제1 예의 광 송수신 모듈(100)에서 사용되었던 발광 다이오드(LED) 대신, 발광 소자와 같은 반도체 레이저 다이오드(LD)(40)를 포함한다. 광 송수신 모듈(300)과 광 송수신 모듈(100)의 차이점에 대하여 설명할 것이다.

도 16 및 도 17을 참조하면, LD 시금(assay)은 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.

서브 마운트(60)는 알루미늄 산화물 등의 세라믹 본체를 소정의 형태로 절단함으로써 형성된다. 금, 알루미늄 등으로 된 전극은 서브 마운트(60)의 표면 상에 형성된다. 반도체 LD(40) 및 금-주석 합금으로 된 LD 광 조정 포토 검출기(MPD)(50)는 밀랍(wax)을 갖는 전극 상에 고정된다. 반도체 LD(40)와 LD 광 MPD(50)는 와이어 본딩에 의해 서브 마운트(60)에 전기적으로 접속된다. 생성된 LD 시금(61)을 테스트하여 제품을 완성한다.

도 18a, 18b 및 도 18c를 참조하면, 다음의 방법으로 몰드 패키지(230)를 제조한다.

구리 판 상에 은을 도금함으로써 리드 프레임(280)을 형성한다. 반도체 수광 칩(202)은 은 페이스트 등에 의해 리드 프레임(280) 상에 고정되어, 와이어 본딩에 의해 리드 프레임(280)에 전기적으로 접속된다. 리드 프레임(280)과 반도체 수광 칩(202)은 몰드 내에 배치되어 트랜스퍼 몰딩 처리된다. 렌즈는 몰드 패키지(230)의 표면 상에 일체형으로 형성된다. LD 시금(61)은 인듐 페이스트 등에 의해 리드 프레임(280) 상에 고정된다. 따라서, 몰드 패키지(230)가 완성된다.

도 17을 참조하여, 광 송수신 모듈(300)의 예시적인 동작을 설명할 것이다.

반도체 LD(40)로부터의 레이저 광의 후방 성분(rear component)(41)은 LD 광 MPD(50)에 입사되어 (도시되지 않은) 반도체 레이저 구동 회로를 제어하기 위한 제어 신호가 된다. (신호 광을 송신하는) 레이정 광의 전방 성분(42)은 광 분기 소자(20) 상에 입사되어 편향된다. 이 때, 편향 광은 광섬유(30) 상으로 입사되어 정보를 통신하게 될 다른 장치에 의해 수신된다.

(제4 실시예)

도 19 및 도 20을 참조하여, 본 발명에 따른 제4 실시예를 설명할 것이다. 예를 들면, "Spontaneous emission control diode", OPTRONICS(1993. 11. 4)에 개시된 바와 같은 (광전 변환 효율, 파장 1/2 폭, 방사 1/2 폭, 응답 속도 등) 특성을 향상시키는 공진 캐비티 구조를 갖는 종래의 발광 다이오드(LED)를 제공하기 위한 연구가 행해지고 있다. 이러한 형태의 LED로서, 최근에는 RCLED가 대량 생산되고 있다.

도 19는 본 발명에 따른 광 송수신 모듈용으로 사용되는 RCLED(400)의 예시적인 단면을 도시한 것이다. 도 19에 도시된 바와 같이, RCLED(400)는 다음 순서로 적층된 전극(420), DBR(분포 브라그 반사기; distributed Bragg refrector) 층(450), DH(2중 헤테로 구조; double hetero-structure) 층(440), 다른 DBR 층(430), 전극(410)을 포함한다.

도 20은 서로 다른 광전 변환 효율을 갖는 RCLED의 방사 특성을 도시한 도면이다. 도 20에서, EE는 광전 변환 효율을 나타내고, CL은 공진 캐비티의 길이를 나타낸 것이다. RCLED는 상기의 특성들의 향상에 있어서 유리하지만, 도 20에 도시된 바와 같이 피크 방사 위치가 광전 변환 효율 EE를 개선하도록 설계된 경우 RCLED의 전방으로부터 오프셋된다는 문제가 있다. (EE가 피크 상태일 때의 각도인) 피크 방사각(Φ)은 Φ=cos-(λe/λo)이며 여기서 λe는 발광층에 의해 방출된 광의 파장이고 λo은 발광 소자의 공진기로부터 전송된 광의 피크 파장이므로, 공진기의 설계를 변경함으로써 제어가능하다.

RCLED의 상기 문제는 피크 방사각(Φ)과 동일한 광 분기 소자의 편향 각(Θ)에 의해서 보상될 수 있다. 따라서, 광 이용 효율가 개선된다. 또한, 이것은 도 31에 도시된 종래의 광 송수신 모듈(2000)에도 적용가능하다.

도 20에 도시된 방사 특성은 RCLED의 한 단면도이다. 실질적인 방사 특성은 Z 축 주위로 도 20에 도시된 특성들을 회전하면서 얻어지는 3차원 특성이기 때문에, 광 이용 효율, 보다 정확하게는, 피크 방사각(Φ)이 편향 각(Θ)과 정확하게 동일한 대신 편향 각(Θ) 부근에 있을 때 최대가 된다. 광 이용 효율이 최대인 경우의 편향 각(Θ)의 값은 광선 추적 방법(ray tracing method)에 의해서 용이하게 산출될 수 있다.

상술한 바와 같이, 광 방사 에너지는, 광 분기 소자의 편향을 발광 소자로부터의 광의 피크 방사각과 거의 동일하게 함으로써 최대로 이용될 수 있다.

(제5 실시예)

도 21은 본 발명에 따른 제5 예에서 광 송수신 모듈(500)의 평면도이다. 도 21에서, 광섬유를 갖는 플러그는 광 송수신 모듈(500)에 삽입된다. 도 22는 광 송수신 모듈(500)의 광 시스템의 확대도이다.

광 송수신 모듈(500)은 (도시되지 않은) 집광 렌즈를 포함한 발광 소자(501) 및 (도시되지 않은) 집광 렌즈를 포함한 수광 소자(502)를 포함한다. 발광 소자(51)와 수광 소자(502)는 단일 PWB 상에 실장된다.

발광 소자(501)와 수광 소자(502)는 에폭시계 수지(505)로 밀봉된다. 바람직하게는 기후에 대한 내성이 있는 에폭시계 수지, 예를 들면 Hitachi Chemical Co., Ltd 사에 의해 제조된 CEL-T-2000이 사용된다. 수지 밀봉 재료 상에는 집광 렌즈들(503 및 504)가 형성된다.

광 송수신 모듈(500)은 다음 방법으로 동작한다.

발광 소자(501)로부터 출력되어 렌즈(503)를 통해 송신되는 송신 광이 프리즘 어레이(520)에 의해 입사 및 반사된 다음 집광 렌즈(504)를 통해 수광 소자(502)에 의해 집광된다.

도 23은 도 21 및 도 22에 도시된 광 송수신 모듈(500)의 변형 형태인 광 송수신 모듈(500A)을 도시한다.

시준 렌즈(530)는 발광 소자(501)와 수광 소자(502)와 연관된 집광 렌즈들(503 및 504)들 사이에 제공된다.

콜리메이터 렌즈(530)는 프리즘 어레이(520)와 평행으로 제공된다. 콜리메이터 렌즈는 구형 또는 비구형일 수 있다. 이 예에서, 콜리메이터 렌즈(530)는 구형이다.

발광 소자(501), 수광 소자(502), 및 렌즈(503, 504)는 사출 성형 등에 의해 일체로 형성된다. 밀봉 및 렌즈(503, 504) 용의 바람직한 재료로는 매우 높은 내기후성의 재료, 예를 들면, 상술한 CEL-T-2000 또는 일본합성고무주식회사가 제조한 ARTON-F가 있다. 보다 용이한 처리를 위해 콜리메이터 렌즈(530)의 외주가 테이퍼(taper)되도록 몰드를 제조하는 것이 바람직하다.

광송수신 모듈(500A)은 다음과 같이 동작한다.

발광 소자(501)로부터 출력되어 집광 렌즈(503)를 통하여 송신되는 송신 광은 콜리메이터 렌즈(530)에 의해 시준된 다음 프리즘 어레이(520)에 입사되어 굴절된다. 그 후, 광은 광섬유(30)에 입사된다. 광섬유(30)로부터의 수신 광은 프리즘 어레이(520)에 의해 굴절된 다음 콜리메이터 렌즈(530)에 의해 시준된다. 그 후, 광은 집광 렌즈(504)를 통하여 수광 소자(502)에 의해 집광된다. 이렇게, 광은 시준된 후에 프리즘 어레이(520)에 입사된다. 그러므로, 발광 소자(501)와 수광 소자(502)의 사이에 콜리메이터 렌즈(530)를 제공함으로써 광 송신 및 수신 모두에서 광 결합 효율이 향상된다.

(제6 실시예)

도 24는 본 발명에 따른 제6 실시예에서의 광송수신 모듈(600)을 보여준다. 광송수신 모듈(600)은 콜리메이터 렌즈(530) 및 발광 소자(501)와 일체화된 프리즘 어레이(520)를 포함하는 통합 광학 소자(540), 수광 소자(502) 및 집광 렌즈(503, 504)를 포함한다. 통합 광학 소자(540)는 제5 실시예에서 언급된 것과 같은 매우 높은 내기후성의 재료를 이용하여 사출 성형에 의해 제조된다. 보다 용이한 처리를 위해 콜리메이터 렌즈(530)의 외주가 테이퍼되도록 몰드를 제조하는 것이 바람직하다.

광송수신 모듈(600)은 광송수신 모듈(500A)보다 적은 수의 구성요소로 제조될 수 있다. 또한, 콜리메이터 렌즈(530)와 프리즘 어레이(520)의 사이에 야기되는 프레넬 반사가 저감되기 때문에, 광 송신 및 수신 모두에서 광 결합 효율이 향상된다.

(제7 실시예)

도 25는 본 발명에 따른 제7 실시예에서의 광송수신 모듈(700)을 보여준다. 광송수신 모듈(700)에서, 통합 광학 소자(540) 내의 프리즘 어레이(520A)는 αtx (광이 송신되는 쪽) 및 αrx (광이 수신되는 쪽)의 꼭지각을 가지며, 양각은 서로 상이하다. αtx=αrx일 때 프리즘 어레이에서의 손실이 최소화된다는 점을 고려하여, αtx와 αrx의 차이는 최소화되는 것이 바람직하다.

도 26은 αtx=αrx=60°일 때와 αtx=60°이고 αrx=65°일 때 수광 소자(502)의 여러 위치에서 수신되는 광의 세기를 도시하는 그래프이다. 도 26의 박스에서, 송신 광은 F4의 방향으로 전파된다. 수광 소자(502)의 집광 렌즈에 의해 수신되는 광의 세기는 αtx와 αrx를 다른 값으로 설정함으로써 약 절반까지 저감될 수 있다.

(제8 실시예)

도 27 및 28을 참조하여, 본 발명에 따른 제8 실시예를 설명한다. 제6 실시예에서와 같은 통합 광학 소자(540) 내의 프리즘 어레이(520B)는 그것과 수직을 이루는 라인들에 의해 복수개의 프리즘 섹션들로 분할된다(X 방향의 라인들에 의해 분할됨). 복수개의 프리즘 섹션들은 도 27에서 예를 들면 참조 부호(610 및 620)로 나타낸 바와 같이 서로 다른 길이를 갖는다. 프리즘들의 피치는 도 27에서 참조 부호(630, 640)로 나타낸 바와 같이 무작위로 이루어진다. 도 27에서, 실선(601)은 트로프(trough)를 나타내고 점선(602)은 릿지(ridge)를 나타낸다. 서로 다른 프리즘 섹션 내의 트로프(601) 및 피크(602)의 길이는 서로 다르다. 트로프(601) 및 피크(602)는 또한 프리즘 섹션 단위로 위치상으로 오프셋된다. 도 28에 도시된 바와 같이, 통합 광학 소자(540)를 통하여 송신되는 광선들은 서로 다른 길이의 광로를 따라서 전파되기 때문에 광송수신 모듈로부터 출력되는 광의 간섭성은 저감될 수 있다.

(제9 실시예)

도 29는 본 발명에 따른 제9 실시예에서의 광송수신 모듈의 프리즘 어레이(520c)의 평면도이다.

이 예에서, 프리즘 어레이(520C)의 피크(602)의 높이 및 트로프(601)의 깊이는 무작위로 이루어진다. 그러한 구조는 또한 간섭성을 저감시킨다.

본 발명에 따르면, 광 분기 소자는 광원과 수광 소자를 연결하는 가상 라인에 대하여 실질적으로 수직으로 연장하는 평면상에서 실질적으로 동일한 피치로 배치된 복수개의 삼각 프리즘을 포함하는 프리즘 어레이를 포함한다. 피치가 실질적으로 동일하다면, 프리즘들의 위치를 정확하게 결정할 필요가 없다. 본 발명에 따른 광송수신 모듈은 종래의 모듈보다 큰 피치를 가지므로 제조가 용이하다.

광송수신 모듈이 d/2>P>>λ/sinθ [상기 식에서, d는 광섬유의 직경, λ는 광원으로부터의 광의 파장, P는 피치, θ는 굴절각] 의 관계를 만족시키는 실시예에서는, 광송수신 모듈은 광원으로부터의 광의 파장의 변화 또는 구성요소의 위치 오프셋에 의해 크게 영향을 받지 않는다. 따라서, 광송수신 모듈은 만족스러운 광 효율 계수를 갖고 또한 비교적 제조가 용이하다.

프리즘이 이등변 삼각형 단면을 갖는 실시예에서는, 광송수신 모듈의 사이즈가 저감될 수 있다.

프리즘의 꼭지각이 약 -20°내지 약 60°의 범위 내에 있는 실시예에서는, 광 효율 계수, 즉, 광이 송신될 때의 투과율 ηtx 및 광이 수신될 때의 투과율 ηrx의 합이 약 85% 이상으로 증가될 수 있다.

광송수신 모듈이 1/tan(1/αtx)=1/tan(1/αrx)+tan(αrx-arcsin(αrx/n)) [상기 식에서, αtx 및 αrx는 프리즘의 꼭지각, n은 프리즘의 굴절률] 의 관계를 만족시키는 실시예에서는, 동일 타입의 모듈간의 통신의 광 효율 계수가 증가될 수 있다.

광 분기 소자의 굴절각 및 RCLED로 이루어진 발광 소자의 피크 방사각이 실질적으로 같은 실시예에서는, RCLED의 문제가 보상되고 따라서 광 효율 계수가 향상된다. 따라서, 발광 소자로서 LED를 포함하는 종래의 모듈에 비하여 고속의 장거리 광통신이 실현될 수 있다. 그러한 광송수신 모듈은 IEEE1394 및 USB2와 함께 사용될 수 있다.

발광 및 수광 소자들과 프리즘 어레이 사이에 콜리메이터 렌즈가 제공되는 실시예에서는, 송신 광 및 수신 광이 광섬유에 입사되거나 또는 수광 소자에 의해 수신되기 전에 콜리메이터 렌즈에 의해 시준된다. 따라서, 광 결합 효율이 증가되고, 설치시의 위치 오프셋의 허용 오차가 증가된다.

프리즘 어레이 및 콜리메이터 렌즈가 일체로 형성되는 실시예에서는, 구성요소의 수가 감소되고, 프리즘 어레이와 콜리메이터 렌즈 사이에 프레넬 반사에 의해 야기되는 손실이 저감될 수 있다.

발광 소자에 의해 출력되어 프리즘 어레이와 공기 사이의 계면에서 프레넬 반사에 의해 반사되는 광은 수광 소자에 직접 결합되지 못하게 된다.

본 발명에 따른 광송수신 모듈로부터의 광이 사용자의 눈에 직접 입사되는 경우에도, 작은 간섭성 때문에 광 스팟이 큰 직경을 가지므로 망막 손상이 비교적 작다. 즉, 프리즘 어레이는 소위 보안(保眼) 디바이스로서의 기능을 구비한다.

당업자라면 본 발명의 범위 및 의미를 벗어나지 않고서 각종의 다른 변형예를 인지하고 또한 용이하게 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위의 범위는 본 명세서에 기재된 설명에 국한되지 않고 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims

광송수신 모듈에 있어서,

광원;

수광 소자; 및

상기 광원으로부터의 신호 광이 광섬유에 입사되도록 하고 상기 광섬유로부터 출력된 신호 광이 상기 수광 소자에 입사되도록 하는 광 분기 소자를 포함하며,

상기 광 분기 소자는 상기 광원과 상기 수광 소자를 연결하는 가상 라인에 대하여 실질적으로 수직으로 연장하는 평면 상에 실질적으로 동일한 피치로 배열된 복수개의 삼각 프리즘을 포함하는 프리즘 어레이를 포함하는

것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제1항에 있어서, d/2>P>>λ/sinθ의 관계를 만족시키며, 상기 식에서 d는 상기 광섬유의 직경이고, λ는 상기 광원으로부터의 광의 파장이고, P는 상기 복수개의 삼각 프리즘의 피치이고, θ는 상기 복수개의 삼각 프리즘의 굴절각인 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제1항에 있어서, 상기 복수개의 삼각 프리즘 각각은 이등변 삼각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제3항에 있어서, 상기 복수개의 프리즘 각각은 약 -20°내지 약 60°의 범위의 꼭지각을 갖는 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제1항에 있어서, 1/tan(1/αtx)=1/tan(1/αrx)+tan(αrx-arcsin(αrx/n))의 관계를 만족시키며, 상기 식에서 αtx은 상기 복수개의 삼각 프리즘 각각의 하나의 꼭지각이고, αrx는 다른 하나의 꼭지각이고, n은 그 굴절률인 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제1항에 있어서, Φ>B의 관계를 만족시키며, 상기 식에서 Φ는 상기 광섬유로부터 상기 프리즘 어레이로 출력되는 신호 광의 직경이고, B는 상기 복수개의 삼각 프리즘 각각의 밑변의 길이인 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제1항에 있어서, 상기 프리즘 어레이는 아크릴로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제1항에 있어서, 상기 광원은 반도체 레이지 소자로 이루어진 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제1항에 있어서, 상기 광원은 공명 공동 발광 다이오드(resonant cavity light emission diode)로 이루어진 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제5항에 있어서, 상기 광원은 발광 소자를 포함하고, 상기 광 분기 소자의 굴절각 및 상기 발광 소자로부터의 방사 광의 피크 방사각은 실질적으로 같은 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제1항에 있어서,

상기 광원은 발광 소자를 포함하고,

상기 발광 소자는 제1 집광 렌즈를 포함하고,

상기 수광 소자는 제2 집광 렌즈를 포함하고,

상기 광송수신 모듈은 상기 프리즘 어레이와, 상기 제1 집광 렌즈 및 상기 제2 집광 렌즈 사이에 구비된 적어도 하나의 콜리메이터 렌즈를 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 콜리메이터 렌즈는 상기 프리즘 어레이와 평행한 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제11항에 있어서, 상기 프리즘 어레이 및 상기 콜리메이터 렌즈는 일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제1항에 있어서, 꼭지각 αtx는 αrx와 상이하며, 여기서 αtx는 상기 복수개의 삼각 프리즘 각각의 하나의 꼭지각이고 αrx는 다른 꼭지각인 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제2항에 있어서,

상기 프리즘 어레이는 그 트로프(troughs) 및 피크(peaks)에 대하여 수직을 이루는 라인들에 의해 복수개의 프리즘 섹션으로 분할되고,

상기 트로프 및 피크는 프리즘 섹션 단위로 위치상으로 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제14항에 있어서, 서로 다른 프리즘 섹션 내의 트로프 및 피크는 서로 다른 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.
제2항에 있어서, 상기 프리즘 어레이는 무작위 깊이를 갖는 트로프 및 무작위 높이를 갖는 피크를 포함하는 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈.