TW201508360A - 光耦合透鏡、光耦合透鏡的檢測方法以及光通訊裝置 - Google Patents

Abstract

一種光耦合透鏡，其包括訊號耦合部以及位於訊號耦合部兩側的第一對準部與第二對準部；該訊號耦合部包括第一表面、與該第一表面垂直的第二表面以及一個分別與該第一表面及第二表面呈45度角的反射面；該第一表面上形成有第一透鏡，該第二表面上形成有第二透鏡，進入該第一透鏡的光訊號通過該反射面的反射能進入該第二透鏡；該第一對準部包括第三表面以及設置在該第三表面的第一對準件，該第二對準部包括第四表面以及設置在該第四表面的第二對準件；該第一對準件與該第二對準件用於作為判斷該第一透鏡與該第二透鏡間是否位於預定光路。

Description

光耦合透鏡、光耦合透鏡的檢測方法以及光通訊裝置

本發明涉及一種光耦合透鏡、該光耦合透鏡的檢測方法以及一種光通訊裝置。

在光通訊裝置中，一般採用光耦合透鏡將光訊號在訊號發射/接收元件以及光纖之間耦合。該光耦合透鏡包括一個用於光訊號進出的第一表面、一個用於光訊號進出的第二表面以及用於在該第一表面以及該第二表面之間偏轉光訊號的反射面。該第一表面上形成至少一個第一透鏡，該第二表面形成至少一個對應於該第一透鏡的第二透鏡。為確保光訊號的傳輸效率，該第一透鏡的中心與對應的第二透鏡的中心需處於同一預定光路上。先前技術一般需將製作完成後的光耦合透鏡設置於具有光訊號發射裝置以及光訊號接收裝置的檢測設備中透過分析光訊號的傳輸效率判斷該第一透鏡以及該第二透鏡的相對位置是否符合要求，然而，上述方法不僅繁瑣而且檢測設備的成本高昂。

有鑒於此，有必要一種提供能夠克服以上不足的光耦合透鏡、光耦合透鏡的檢測方法以及一種光通訊裝置。

一個光耦合透鏡，其包括訊號耦合部以及位於訊號耦合部兩側的第一對準部與第二對準部；

該訊號耦合部包括一個第一表面、一個與該第一表面垂直相連的第二表面以及一個分別與該第一表面及第二表面呈45度夾角的反射面；

該第一表面上形成有至少一個第一透鏡，該至少一個第一透鏡的光軸垂直於該第一表面，該第二表面上形成有至少一個第二透鏡，該至少一個第二透鏡的光軸垂直於該第二表面，進入該第一透鏡的光訊號通過該反射面的反射能夠進入該第二透鏡；

該第一對準部包括第三表面以及設置在該第三表面的第一對準件，該第二對準部包括第四表面以及設置在該第四表面的第二對準件；

該第一表面與該第二表面具有共同的棱邊，該第一對準件的中心與該第二對準件的中心連線與該棱邊平行，該連線用於作為判斷該至少一個第一透鏡與該至少一個第二透鏡是否位於預定光路的基準。

一種如上所述的光耦合透鏡的檢測方法，包括如下步驟：利用顯微鏡以垂直於該第一表面的視角觀察該至少一個第一透鏡，以該第一對準件的中心與該第二對準件的中心的連線為基準連線判斷該至少一個第一透鏡的中心是否位於該基準連線上；

利用顯微鏡以垂直於該第二表面的視角觀察該至少一個第二透鏡，以該基準連線判斷該至少一個第二透鏡的中心是否位於該基準連線上；若該至少一個第一透鏡的中心不是位於該基準連線上或若該至少一個第二透鏡的中心不是位於該基準連線上時，則判斷該光耦合透鏡為不良品；

若該至少一個第一透鏡的中心及該至少一個第二透鏡的中心均位於該基準連線上時，則利用顯微鏡以垂直於該第一表面的視角觀察該至少一個第一透鏡中最靠近該第一對準件的一個該第一透鏡，計算該至少一個第一透鏡中最靠近該第一對準件的該第一透鏡的中心與該第一對準件的中心之間的距離L1，以垂直於該第二表面的視角觀察該至少一個第二透鏡中最靠近該第一對準件的一個第二透鏡，計算該至少一個第二透鏡中最靠近該第一對準件的該第二透鏡的中心與該第一對準件的中心之間的距離L2，根據L1與L2之間的關係判斷該至少一個第一透鏡與該至少一個第二透鏡是否位均於預定光路。

一種光通訊裝置，其包括至少一個光發射元件、至少一個光接收元件以及一個如上所述的光耦合透鏡，該至少一個光發射元件發射的光訊號到達該至少一個第一透鏡，並經過該反射面的反射到達該至少一個第二透鏡，經過該至少一個第二透鏡被該至少一個光接收元件接收。

相較於先前技術，本發明提供的光耦合透鏡、光耦合透鏡檢測方法以及光通訊裝置，通過在光耦合透鏡的訊號耦合部的兩側分別設置一個第一對準部以及一個第二對準部，通過第一對準部上設置的第一對準件以及第二對準部上設置的第二對準件以及顯微鏡的配合來檢測訊號耦合部的第一透鏡與第二透鏡是否位於預定的光路上，能方便的發現不良品的出現，避免繁瑣、複雜的檢測方法以及成本高昂的檢測設備，還能減低所述光耦合透鏡的成本。

100‧‧‧光耦合透鏡

10‧‧‧訊號耦合部

20‧‧‧第一對準部

30‧‧‧第二對準部

12‧‧‧第一表面

14‧‧‧第二表面

22‧‧‧第三表面

23‧‧‧中心連線

32‧‧‧第四表面

16‧‧‧反射面

24‧‧‧第一對準件

34‧‧‧第二對準件

13‧‧‧棱邊

L‧‧‧基準連線

120‧‧‧第一透鏡

140‧‧‧第二透鏡

200‧‧‧光通訊裝置

40‧‧‧光發射元件

50‧‧‧光接收元件

O1‧‧‧第一對準件的中心

O2‧‧‧第二對準件的中心

O3‧‧‧第一透鏡的中心

O4‧‧‧第二透鏡的中心

圖1係本發明第一實施例的光耦合透鏡立體結構示意圖。

圖2係圖1的光耦合透鏡另一個角度的立體結構示意圖。

圖3係圖2的光耦合透鏡的正視圖。

圖4係圖2的光耦合透鏡的俯視圖。

圖5係本發明第二實施例的光通訊裝置的結構示意圖。

下面將結合附圖對本發明作一具體介紹。

請一併參考圖1-2，圖1為本發明第一實施例提供的一個光耦合透鏡100，其包括訊號耦合部10以及位於訊號耦合部10兩側的第一對準部20與第二對準部30。該訊號耦合部10、該第一對準部20與該第二對準部30為一體成型結構。

該訊號耦合部10包括一個第一表面12、一個與該第一表面12垂直相連的第二表面14以及一個分別與該第一表面及該第二表面14呈45度夾角的反射面16。

該第一表面12上形成有至少一個第一透鏡120，至少一個該第一透鏡120的光軸垂直於該第一表面12，該第二表面14上形成有至少一個第二透鏡140，至少一個該第二透鏡140的光軸垂直於該第二表面14。在本實施方式中，該第一透鏡120與該第二透鏡140的數量均為2個。

該第一對準部20包括第三表面22以及設置在該第三表面22的第一對準件24。該第二對準部30包括第四表面32以及設置在該第四表面32的第二對準件34。本實施方式中，該第三表面22、該第四表面32均與該反射面16共面，該訊號耦合部10為等腰直角三棱柱，該第一對準件24與該第二對準件34均為半圓球。該第一對準件24的半徑與該第二對準件34的半徑相等。此處，將第一對準件24的半徑與該第二對準件34的半徑設定為相等是可以利用顯微鏡快速確定第一對準件24與第二對準件34的圓心位置，不需要每次都對顯微鏡進行調校。

該第一表面12與該第二表面14具有共同的棱邊13。該第一對準件24的中心與該第二對準件34的中心的中心連線23與該棱邊13平行，這樣確保第一對準件24與第二對準件34的位置不會出現偏差，從而可以用於後續判斷該第一透鏡120與該第二透鏡140是否位於預定光路。並且該第一對準件24與該第二對準件34關於該訊號耦合部10對稱分佈。該連線用於作為判斷該第一透鏡120與該第二透鏡140是否位於預定光路的基準。

以下選取最靠近第一對準件24的其中一個第一透鏡120及選取最靠近第一對準件24的其中一個第二透鏡140作為例子說明本發明的實施方式。請一併參閱圖3與圖4，該第一對準件24的中心為O1、該第二對準件34的中心為O2，該第一透鏡120的中心為O3、該第二透鏡140的中心為O4。沿垂直於該第一表面12的方向，該第一透鏡120的中心O3在該反射面16上的投影位於O1與O2的連線O1O2（即中心連線23）上；沿垂直於第二表面14的方向，該第二透鏡140的中心O4在該反射面16上的投影位於O1與O2的連線O1O2（即中心連線23）上。沿垂直於該第一表面12的方向，O1與O3之間的距離為L1，沿垂直於第二表面14的方向，O1與O4之間的距離為L2。通過判斷L1與L2之間的差值，可以得出第一透鏡120及第二透鏡140的對準情況。在理想狀態下，L1與L2的差值為零，即L1=L2，但由於在實際應用/測量中，允許存在差值在一定的預定範圍內，所以差值在一定的預定範圍內也是可以接受的。

在L1=L2時，即表示該第一透鏡120的中心O3與該第二透鏡140的中心O4的中心連線與該棱邊13垂直，也就代表該第一透鏡120與該第二透鏡140均理想地位於預定光路上從而可以實現光訊號的最高效率耦合傳輸。

本發明還涉及一種光耦合透鏡100的檢測方法，包括如下步驟：

步驟S1：利用顯微鏡以垂直於該第一表面12的視角觀察該第一透鏡120，以該第一對準件的中心O1與該第二對準件的中心O2的連線為基準連線L（即中心連線23）判斷該第一透鏡120是否位於該基準連線L上。

其中，在步驟S1中判斷該第一透鏡120是否位於該基準連線L上的具體方法為：

提供承載臺（圖未示）以及顯微鏡（圖未示），該顯微鏡為測量顯微鏡，該顯微鏡可以將被測物放大，並且根據被測物規則的幾何形狀確定被測物幾何形狀中心的座標。該顯微鏡可以將被測物幾何形狀中心的位置座標的測量誤差控制在0.1um，符合光耦合透鏡結構的誤差範圍。

將該顯微鏡置放在該承載臺的載物台上並且使該光耦合透鏡的第一表面12位於該顯微鏡的物鏡之下，這時，該第一對準件24、該第一透鏡120以及該第二對準件34的視圖如圖3所示；

利用該顯微鏡確定該第一對準件24的中心O1的位置及該第二對準件34的中心O2的位置，並且以該第一對準件24的中心O1與該第二對準件34的中心O2連線O1O2為x軸，以該連線O1O2的中點為原點O，作與x軸垂直的y軸以確定座標系，利用該顯微鏡確定O1的第一座標（x1,0）及O2的第二座標（x2,0）；利用該顯微鏡確定該第一透鏡120的中心O3位置及O3的第三座標（x3,y3）。如果該第一透鏡120的縱座標y3的值在第一預設範圍內，則判斷該第一透鏡120位於該基準連線L上，否則判斷該第一透鏡120沒有位於該基準連線L上，即判斷該光耦合透鏡100為不良品，檢測結束。

步驟S2：利用顯微鏡以垂直於該第二表面14的視角觀察該第二透鏡140，以該第一對準件24的中心O1與該第二對準件34的中心O2的連線為基準連線L判斷該第二透鏡140是否位於該基準連線L上。

其中，在步驟S2中判斷該第二透鏡140是否位於該基準連線L上的具體方法為：

提供承載臺（圖未示）以及顯微鏡（圖未示），該顯微鏡為測量顯微鏡，該顯微鏡可以將被測物放大，並且根據被測物規則的幾何形狀確定被測物幾何形狀中心的座標。該顯微鏡可以將被測物幾何形狀中心的位置座標的測量誤差控制在0.1um，符合光耦合透鏡結構的誤差範圍。

將該顯微鏡置放在該承載臺的載物台上並且使該光耦合透鏡的第二表面14位於該顯微鏡的物鏡之下，這時，該第一對準件24、該第二透鏡140以及該第二對準件34的視圖如圖4所示；

利用該顯微鏡確定該第一對準件24的中心O1的位置及該第二對準件34的中心O2的位置，並且以該第一對準件24的中心O1與該第二對準件34的中心O2連線O1O2為x軸，以該連線O1O2的中點為原點O，作與x軸垂直的y軸以確定座標系，利用該顯微鏡確定O1的第一座標（x1,0）及O2的第二座標（x2,0）；利用該顯微鏡確定該第二透鏡140的中心O4位置及O4的第四座標（x4,y4）。如果該第二透鏡140的縱座標y4的值在第二預設範圍內，則判斷該第二透鏡140位於該基準連線L上，否則判斷該第二透鏡140沒有位於該基準連線L上，即判斷該光耦合透鏡100為不良品，檢測結束。

在步驟S1及S2，若判斷第一透鏡120的中心O3及第二透鏡的中心O4均位於該基準連線L上時，則進行步驟S3：利用顯微鏡以垂直於該第一表面12的視角觀察該第一透鏡120，計算最靠近該第一對準件24的一個該第一透鏡120的中心O1與該第一對準件24的中心O3之間的距離L1，以垂直於該第二表面14的視角觀察該第二透鏡140，計算最靠近該第一對準件24的一個該第二透鏡140的中心O2與該第一對準件24的中心O3之間的距離L2，根據L1與L2之間的關係判斷判斷該第一透鏡120與該第二透鏡140是否位於預定光路。

在步驟S3中，根據L1與L2之間的關係判斷判斷該第一透鏡120與該第二透鏡140是否位於預定光路的具體方法為：

以最靠近該第一對準件24的該第一透鏡120、以最靠近該第一對準件24的該第二透鏡140為檢測目標；根據O1的第一座標（x1,0）、O2的第二座標（x2,0）、O3的第三座標（x3,y3）以及O4的第四座標（x4,y4）計算O1與O3之間的距離L1; 計算O1與O4之間的距離L2，若L1與L2之間的差值在第三預設範圍內，則判斷該第一透鏡120與該第二透鏡140是均位於預定光路，則該光耦合透鏡100為良品，否則為不良品。

上述提到的該第一預設範圍、該第二預設範圍與該第三預設範圍分別是指y3=±△y3，y3=±△y4以及L1-L2=±△L，△y3、△y4、△L分別是指允許的誤差範圍，即對結果的判斷只要在誤差範圍內即可。

請參閱圖5，本發明第二實施方式還提供一種光通訊裝置200，其包括至少一個光發射元件40、至少一個光傳輸元件50、一個光耦合透鏡100及光偵測元件接收（圖未示）。在本實施方式中，該光發射元件40的數量為一個，該光傳輸元件50為光纖，數量為兩個，光纖的長度方向與該第二表面14垂直。每個光傳輸元件50正對每個第二透鏡140的中心設置，該光通訊裝置200可以實現訊號的雙進雙出，從而實現高效率傳輸光訊號。具體的工作原理是：該光發射元件40發出的光束並到達該第一透鏡120，經過該第一透鏡120將該光束轉換為平行的光束，該平行的光束投向該反射面16，該反射面16將該平行的光束分別反射至該第二表面14上對應的該第二透鏡140，然後經該第二透鏡140出射至光傳輸元件50，當然，光訊號也可以從光纖處發射，經過該第二透鏡、反射面以及該第一透鏡對訊號的耦合而被光偵測元件接收。

綜上所述，本發明提供的光耦合透鏡、光耦合透鏡檢測方法以及光通訊裝置，通過在光耦合透鏡的訊號耦合部的兩側分別設置一個第一對準部以及一個第二對準部，通過第一對準部上設置的第一對準件以及第二對準部上設置的第二對準件以及顯微鏡的配合來檢測訊號耦合部的第一透鏡與第二透鏡是否位於預定光路上，能方便的發現不良品的出現，避免繁瑣、複雜的檢測方法以及成本高昂的檢測設備，能減低該光耦合透鏡的成本。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

無

100‧‧‧光耦合透鏡

20‧‧‧第一對準部

30‧‧‧第二對準部

12‧‧‧第一表面

14‧‧‧第二表面

22‧‧‧第三表面

23‧‧‧中心連線

32‧‧‧第四表面

16‧‧‧反射面

24‧‧‧第一對準件

34‧‧‧第二對準件

13‧‧‧棱邊

120‧‧‧第一透鏡

140‧‧‧第二透鏡

O1‧‧‧第一對準件的中心

O2‧‧‧第二對準件的中心

O3‧‧‧第一透鏡的中心

O4‧‧‧第二透鏡的中心

Claims (10)

1. 一個光耦合透鏡，其包括訊號耦合部以及位於訊號耦合部兩側的第一對準部與第二對準部；
   該訊號耦合部包括一個第一表面、一個與該第一表面垂直相連的第二表面以及一個分別與該第一表面及第二表面呈45度夾角的反射面；
   該第一表面上形成有至少一個第一透鏡，該至少一個第一透鏡的光軸垂直於該第一表面，該第二表面上形成有至少一個第二透鏡，該至少一個第二透鏡的光軸垂直於該第二表面，進入該第一透鏡的光訊號通過該反射面的反射能夠進入該第二透鏡；
   該第一對準部包括第三表面以及設置在該第三表面的第一對準件，該第二對準部包括第四表面以及設置在該第四表面的第二對準件；
   該第一表面與該第二表面具有共同的棱邊，該第一對準件的中心與該第二對準件的中心連線與該棱邊平行，該連線用於作為判斷該至少一個第一透鏡與該至少一個第二透鏡是否位於預定光路的基準。
2. 如請求項1所述的光耦合透鏡，其中，該第一對準件與該第二對準件均為半圓球，且該第一對準件的半徑與該第二對準件的半徑相等。
3. 如請求項2所述的光耦合透鏡，其中，該第三表面及該第四表面均與該反射面共面。
4. 如請求項1所述的光耦合透鏡，其中，沿垂直於該第一表面的方向，該至少一個第一透鏡的中心位於該第一對準件的中心與該第二對準件的中心的連線上；沿垂直於第二表面的方向，該第二透鏡的中心位於該連線上。
5. 如請求項4所述的光耦合透鏡，其中，沿垂直於該第一表面的方向，該第一對準件的中心與該至少一個第一透鏡中最靠近該第一對準件的一個第一透鏡的中心之間的距離為L1；沿垂直於第二表面的方向，該第一對準件的中心與該至少一個第二透鏡中最靠近該第一對準件的一個第二透鏡的中心之間的距離為L2，L1=L2。
6. 一種如請求項1所述的光耦合透鏡的檢測方法，包括如下步驟：
   利用顯微鏡以垂直於該第一表面的視角觀察該至少一個第一透鏡，以該第一對準件的中心與該第二對準件的中心的連線為基準連線判斷該至少一個第一透鏡的中心是否位於該基準連線上；
   利用顯微鏡以垂直於該第二表面的視角觀察該至少一個第二透鏡，以該基準連線判斷該至少一個第二透鏡的中心是否位於該基準連線上；
   若該至少一個第一透鏡的中心不是位於該基準連線上或若該至少一個第二透鏡的中心不是位於該基準連線上時，則判斷該光耦合透鏡為不良品；
   若該至少一個第一透鏡的中心及該至少一個第二透鏡的中心均位於該基準連線上時，則利用顯微鏡以垂直於該第一表面的視角觀察該至少一個第一透鏡中最靠近該第一對準件的一個該第一透鏡，計算該至少一個第一透鏡中最靠近該第一對準件的該第一透鏡的中心與該第一對準件的中心之間的距離L1，以垂直於該第二表面的視角觀察該至少一個第二透鏡中最靠近該第一對準件的一個第二透鏡，計算該至少一個第二透鏡中最靠近該第一對準件的該第二透鏡的中心與該第一對準件的中心之間的距離L2，根據L1與L2之間的關係判斷該至少一個第一透鏡與該至少一個第二透鏡是否均位於預定光路。
7. 如請求項6所述的光耦合透鏡的檢測方法，其中，判斷該至少一個第一透鏡的中心是否位於該基準連線上包括：
   利用該顯微鏡確定該第一對準件的中心及該第二對準件的中心，並且以該第一對準件的中心與該第二對準件的中心連線為該基準連線作為x軸，以該基準連線的中點為原點，並作與x軸垂直的y軸以確定座標系，利用該顯微鏡確定該第一對準件的中心的第一座標（x1,0）及該第二對準件的中心的第二座標（x2,0）；
   利用該顯微鏡確定該至少一個第一透鏡的中心及該至少一個第一透鏡的中心的第三座標（x3,y3）；
   如果y3的值在第一預設範圍內，則判斷該至少一個第一透鏡的中心位於該基準連線上，否則判斷該至少一個第一透鏡的中心沒有位於該基準連線上。
8. 如請求項7所述的光耦合透鏡的檢測方法，其中，判斷該至少一個第二透鏡的中心是否位於該基準連線上包括：
   利用該顯微鏡確定該至少一個第二透鏡的中心及該至少一個第二透鏡的中心的第四座標（x4,y4），如果y4的值在第二預設範圍內，則判斷該至少一個第二透鏡的中心位於該基準連線上，否則判斷該至少一個第二透鏡的中心沒有位於該基準連線上。
9. 如請求項8所述的光耦合透鏡的檢測方法，其中，判斷該至少一個第一透鏡與該至少一個第二透鏡是否均位於該預定光路包括：
   根據該第一座標、該第二座標、該第三座標及該第四座標計算該距離L1，及計算該距離L2，若L1與L2之間的差值在第三預設範圍內，則判斷該至少一個第一透鏡與該至少一個第二透鏡是均位於該預定光路，該光耦合透鏡為良品。
10. 一種光通訊裝置，其包括至少一個光發射元件、至少一個光傳輸元件以及一個如請求項1所述的光耦合透鏡，該至少一個光發射元件發射的光訊號到達該至少一個第一透鏡，並經過該反射面的反射到達該至少一個第二透鏡，經過該至少一個第二透鏡後出射至該至少一個光傳輸元件。