JPH11174282A - 光モジュール - Google Patents
光モジュールInfo
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- JPH11174282A JPH11174282A JP9362025A JP36202597A JPH11174282A JP H11174282 A JPH11174282 A JP H11174282A JP 9362025 A JP9362025 A JP 9362025A JP 36202597 A JP36202597 A JP 36202597A JP H11174282 A JPH11174282 A JP H11174282A
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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- G—PHYSICS
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- G02B6/4236—Fixing or mounting methods of the aligned elements
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- G02B6/4263—Details of housings characterised by the shape of the housing of the transisitor outline [TO] can type
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- G—PHYSICS
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レンズ圧入固定方式の光モジュールについ
て、球レンズの圧入性、球レンズの抱持力並びに位置決
め精度、爪状突起の機械的強度の改善を図る。 【解決手段】 光半導体素子と球レンズと樹脂ハウジン
グとを有する。球レンズを抱持する爪状突起２４の内側
形状は３種以上の曲面をつないで構成され、基部側の第
１の曲面は球レンズの位置決め用のレンズ着座面３０で
あってレンズ半径に一致する曲率の球面であり、中間部
の第２の曲面は圧入時に球レンズに対して非接触の空間
を形成する非接触面３２であってレンズ半径よりも小さ
な曲率の球面からなり、第３の曲面は圧入口側のレンズ
圧着面３４であって球レンズを滑らかに導入するために
前記第１及び第２の曲面とは曲面方向が逆の曲面からな
る。爪状突起の外側形状は、基部側が外向きに拡がるよ
うに傾斜をもたせ、且つ外側周囲の座ぐりを深くし、各
爪状突起の付け根部にアール（丸み）を設ける。
て、球レンズの圧入性、球レンズの抱持力並びに位置決
め精度、爪状突起の機械的強度の改善を図る。 【解決手段】 光半導体素子と球レンズと樹脂ハウジン
グとを有する。球レンズを抱持する爪状突起２４の内側
形状は３種以上の曲面をつないで構成され、基部側の第
１の曲面は球レンズの位置決め用のレンズ着座面３０で
あってレンズ半径に一致する曲率の球面であり、中間部
の第２の曲面は圧入時に球レンズに対して非接触の空間
を形成する非接触面３２であってレンズ半径よりも小さ
な曲率の球面からなり、第３の曲面は圧入口側のレンズ
圧着面３４であって球レンズを滑らかに導入するために
前記第１及び第２の曲面とは曲面方向が逆の曲面からな
る。爪状突起の外側形状は、基部側が外向きに拡がるよ
うに傾斜をもたせ、且つ外側周囲の座ぐりを深くし、各
爪状突起の付け根部にアール（丸み）を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子又
は半導体受光素子とレンズとを樹脂ハウジングによって
調芯保持する光モジュールに関し、更に詳しく述べる
と、樹脂ハウジングの内部に一体的に成形されている複
数の爪状突起によって球レンズを抱持固定する光モジュ
ールに関するものである。
は半導体受光素子とレンズとを樹脂ハウジングによって
調芯保持する光モジュールに関し、更に詳しく述べる
と、樹脂ハウジングの内部に一体的に成形されている複
数の爪状突起によって球レンズを抱持固定する光モジュ
ールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光モジュールは、光半導体素子（例えば
半導体レーザ等の半導体発光素子あるいはフォトダイオ
ード等の半導体受光素子）とレンズとを調芯保持した部
品であり、光通信等の分野において使用されている。例
えば、データ通信を行うコンピュータシステムでは、半
導体発光素子のモジュールと半導体受光素子のモジュー
ルがボード上で対となって設置されている。このような
光モジュールは、光半導体素子と、レンズと、前記光半
導体素子やレンズを保持すると共に接続相手の光プラグ
のフェルールを嵌合保持するハウジングとから構成され
ており、光プラグ接続時に光半導体素子とフェルールの
光ファイバとがレンズを介して光学的に結合する構造と
なっている。ハウジングは、一般的に、光半導体素子や
レンズを保持するホルダ部と、光プラグのフェルールを
嵌合保持するレセプタクル部とを別部材として作製し、
両者を調芯固定する構造が採用されている。
半導体レーザ等の半導体発光素子あるいはフォトダイオ
ード等の半導体受光素子）とレンズとを調芯保持した部
品であり、光通信等の分野において使用されている。例
えば、データ通信を行うコンピュータシステムでは、半
導体発光素子のモジュールと半導体受光素子のモジュー
ルがボード上で対となって設置されている。このような
光モジュールは、光半導体素子と、レンズと、前記光半
導体素子やレンズを保持すると共に接続相手の光プラグ
のフェルールを嵌合保持するハウジングとから構成され
ており、光プラグ接続時に光半導体素子とフェルールの
光ファイバとがレンズを介して光学的に結合する構造と
なっている。ハウジングは、一般的に、光半導体素子や
レンズを保持するホルダ部と、光プラグのフェルールを
嵌合保持するレセプタクル部とを別部材として作製し、
両者を調芯固定する構造が採用されている。
【０００３】光モジュールに組み込むレンズとしては、
機械加工のみによって高精度の製品を容易に製造できる
ため安価であり、またレンズに方向性が全く無いために
レンズ実装の際の方位調整が不要で組み立て易いという
利点もあって、球レンズが多用されている。レンズをホ
ルダ部に固定する方法としては、ホルダ部の凹部（レン
ズ装着部）にレンズを落とし込んで位置決めした後、該
レンズの周囲に樹脂接着剤を塗布して熱硬化させる接着
法、あるいはレンズ外径よりも若干大きめの低融点ガラ
スリング成形体をレンズの外周に挿入し加熱溶融させる
溶着法などが採用されている。
機械加工のみによって高精度の製品を容易に製造できる
ため安価であり、またレンズに方向性が全く無いために
レンズ実装の際の方位調整が不要で組み立て易いという
利点もあって、球レンズが多用されている。レンズをホ
ルダ部に固定する方法としては、ホルダ部の凹部（レン
ズ装着部）にレンズを落とし込んで位置決めした後、該
レンズの周囲に樹脂接着剤を塗布して熱硬化させる接着
法、あるいはレンズ外径よりも若干大きめの低融点ガラ
スリング成形体をレンズの外周に挿入し加熱溶融させる
溶着法などが採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】接着法は、狭い領域に
液状の樹脂接着剤を流し込む必要があるため、熱硬化前
のハンドリングに難がある。また通常、ホルダ部は金属
材料からなるが、そのホルダ部との熱膨張係数差によ
り、レンズ接着面の熱割れが生じる恐れがある。
液状の樹脂接着剤を流し込む必要があるため、熱硬化前
のハンドリングに難がある。また通常、ホルダ部は金属
材料からなるが、そのホルダ部との熱膨張係数差によ
り、レンズ接着面の熱割れが生じる恐れがある。
【０００５】他方、ガラス溶着法は、高温高湿放置時に
おける失透（白濁）や固着強度の低下、コストアップな
どの問題がある。溶着法に用いる低融点ガラスリング成
形体は、低融点ガラスの粉末を圧粉成形したものである
から、所定の位置に落とし込む際に微細な破片や粉末が
飛散し、それがレンズ表面に付着することが生じる。レ
ンズを固着するためにそのまま加熱溶融処理を行うと、
付着していたガラス破片や粉末が溶融したり、また低融
点ガラス自体の回り込みなどによって、レンズ表面に局
部的な低融点ガラスの被膜ができる。ところが低融点ガ
ラスは、特に湿気に弱く、時間が経過するにつれて失透
が発生することが多く、そのような失透部分によって光
量低下が生じる。また湿気によって、ガラス溜まりの表
面に微細なクラックが入り脆くなるため、レンズの固着
強度が低下し、甚だしい場合にはレンズの脱落が生じる
恐れもある。このような問題を解消するには別の防湿対
策を必要とする他、低融点ガラスリング成形体が高価で
あることとも相俟て、どうしてもコストアップとなる。
おける失透（白濁）や固着強度の低下、コストアップな
どの問題がある。溶着法に用いる低融点ガラスリング成
形体は、低融点ガラスの粉末を圧粉成形したものである
から、所定の位置に落とし込む際に微細な破片や粉末が
飛散し、それがレンズ表面に付着することが生じる。レ
ンズを固着するためにそのまま加熱溶融処理を行うと、
付着していたガラス破片や粉末が溶融したり、また低融
点ガラス自体の回り込みなどによって、レンズ表面に局
部的な低融点ガラスの被膜ができる。ところが低融点ガ
ラスは、特に湿気に弱く、時間が経過するにつれて失透
が発生することが多く、そのような失透部分によって光
量低下が生じる。また湿気によって、ガラス溜まりの表
面に微細なクラックが入り脆くなるため、レンズの固着
強度が低下し、甚だしい場合にはレンズの脱落が生じる
恐れもある。このような問題を解消するには別の防湿対
策を必要とする他、低融点ガラスリング成形体が高価で
あることとも相俟て、どうしてもコストアップとなる。
【０００６】そこで本発明者は先に、樹脂ハウジング本
体部と一体的に成形されている複数の爪状突起とレンズ
着座面とからなるレンズ固定部によってレンズを抱持固
定するようにした光モジュールを提案した（特願平９−
１８３１２３号）。この光モジュールは、レンズを圧入
固定する方式であるため、樹脂接着剤や融着ガラスが不
要であり、レンズをハウジングに迅速且つ容易に固定で
き、しかも耐候性に優れ、信頼性が高く、安価に製作で
きる利点がある。
体部と一体的に成形されている複数の爪状突起とレンズ
着座面とからなるレンズ固定部によってレンズを抱持固
定するようにした光モジュールを提案した（特願平９−
１８３１２３号）。この光モジュールは、レンズを圧入
固定する方式であるため、樹脂接着剤や融着ガラスが不
要であり、レンズをハウジングに迅速且つ容易に固定で
き、しかも耐候性に優れ、信頼性が高く、安価に製作で
きる利点がある。
【０００７】本発明の目的は、このレンズ圧入固定方式
の光モジュールの構造について、更に詳細に検討を加
え、球レンズの圧入性のより一層の改善、球レンズの抱
持力並びに位置決め精度のより一層の向上、爪状突起の
機械的強度の一層の増大を図ることができる光モジュー
ル構造を提供することである。
の光モジュールの構造について、更に詳細に検討を加
え、球レンズの圧入性のより一層の改善、球レンズの抱
持力並びに位置決め精度のより一層の向上、爪状突起の
機械的強度の一層の増大を図ることができる光モジュー
ル構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、光半導体素子
と、レンズと、それらを保持する樹脂ハウジングとを具
備する光モジュールである。また本発明は、光半導体素
子と、レンズと、それらを保持すると共に接続相手の光
プラグのフェルールを嵌合保持する樹脂ハウジングとを
具備し、光プラグ接続時に前記光半導体素子とフェルー
ルの光ファイバとが前記レンズによって光学的に結合す
る光モジュールである。ここで前記樹脂ハウジングの内
部には、光軸を中心軸として、その周囲に、先端部が光
半導体素子に向かって突出し且つ内周側に膨出した複数
の爪状突起が一体的に成形され、爪状突起の内側にレン
ズを圧入することでレンズを抱持固定する構成を前提と
している。
と、レンズと、それらを保持する樹脂ハウジングとを具
備する光モジュールである。また本発明は、光半導体素
子と、レンズと、それらを保持すると共に接続相手の光
プラグのフェルールを嵌合保持する樹脂ハウジングとを
具備し、光プラグ接続時に前記光半導体素子とフェルー
ルの光ファイバとが前記レンズによって光学的に結合す
る光モジュールである。ここで前記樹脂ハウジングの内
部には、光軸を中心軸として、その周囲に、先端部が光
半導体素子に向かって突出し且つ内周側に膨出した複数
の爪状突起が一体的に成形され、爪状突起の内側にレン
ズを圧入することでレンズを抱持固定する構成を前提と
している。
【０００９】このような構成を前提とする本発明では球
レンズを用いる。球レンズを保持する爪状突起の内側形
状は、曲率の異なる少なくとも３種の曲面をつないで構
成され、基部側の第１の曲面は球レンズの位置決めのた
めのレンズ着座面であってレンズ半径に一致する曲率の
球面であり、中間部の第２の曲面は圧入時に球レンズに
対して非接触の空間を形成するための非接触面であって
レンズ半径よりも小さな曲率の球面で構成され、先端側
の第３の曲面は圧入口側のレンズ圧着面であって球レン
ズを滑らかに導入するために前記第１及び第２の曲面と
は曲面方向が逆の曲面で構成されている。更に各爪状突
起の外側形状は、先端側よりも基部側が外向きに拡がる
ように傾斜をもたせ、且つ外側周囲の座ぐり深さをレン
ズ直径の５／８〜７／８とし、各爪状突起の付け根部に
アール（丸み）を設ける。本発明は、このような構造の
爪状突起を有する点に特徴がある。
レンズを用いる。球レンズを保持する爪状突起の内側形
状は、曲率の異なる少なくとも３種の曲面をつないで構
成され、基部側の第１の曲面は球レンズの位置決めのた
めのレンズ着座面であってレンズ半径に一致する曲率の
球面であり、中間部の第２の曲面は圧入時に球レンズに
対して非接触の空間を形成するための非接触面であって
レンズ半径よりも小さな曲率の球面で構成され、先端側
の第３の曲面は圧入口側のレンズ圧着面であって球レン
ズを滑らかに導入するために前記第１及び第２の曲面と
は曲面方向が逆の曲面で構成されている。更に各爪状突
起の外側形状は、先端側よりも基部側が外向きに拡がる
ように傾斜をもたせ、且つ外側周囲の座ぐり深さをレン
ズ直径の５／８〜７／８とし、各爪状突起の付け根部に
アール（丸み）を設ける。本発明は、このような構造の
爪状突起を有する点に特徴がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明において樹脂ハウジング内
部に一体的に形成する爪状突起は、周方向で均等に３〜
５程度に分割されている構造とするが、特に３分割構造
とするのが好ましい。また各爪状突起の外側形状は、先
端側よりも基部側が外向きに拡がるように１０°程度の
角度の傾斜をもたせ、且つ外側周囲の座ぐり深さをレン
ズ直径のほぼ３／４とし、各爪状突起の付け根部にほぼ
０．５mmのアールを付けるのが好ましい。
部に一体的に形成する爪状突起は、周方向で均等に３〜
５程度に分割されている構造とするが、特に３分割構造
とするのが好ましい。また各爪状突起の外側形状は、先
端側よりも基部側が外向きに拡がるように１０°程度の
角度の傾斜をもたせ、且つ外側周囲の座ぐり深さをレン
ズ直径のほぼ３／４とし、各爪状突起の付け根部にほぼ
０．５mmのアールを付けるのが好ましい。
【００１１】樹脂ハウジングの材料は、レンズの圧入を
容易にすると共にレンズ保持の信頼性を高めるために靭
性の高い材質が好ましく、また光ファイバのフェルール
との嵌合部を−２０〜＋７５℃程度の温度範囲で５／１
０００mm程度の公差に抑える必要があるために線膨張係
数が小さい（具体的には、２×１０-5／℃程度）材質が
望ましい。しかし、使用温度条件などによっては、線膨
張係数が７×１０-5／℃程度までの樹脂なら使用可能で
ある。この使用可能な樹脂はエンジニアリングプラスチ
ックと呼ばれる範疇のものであり、例えば液晶ポリマー
（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）、ポリエーテルイミド、ポリフェニルサルファイド
（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、
ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリカーボネート
（ＰＣ）、ポリアミドなどであり、線膨張係数が大きす
ぎる場合には、ガラスフィラーあるいはガラスビーズな
どを適量混入するのが有効である。ガラスビーズは、平
均粒径を３０μｍ程度以下とすることが好ましい。その
場合、粒径が小さいほうが好ましいが、コストが高くな
る。特に、平均粒径２〜２０μｍ程度のガラスビーズを
均一に分散させた液晶ポリマーを用いた場合は好結果が
得られている。
容易にすると共にレンズ保持の信頼性を高めるために靭
性の高い材質が好ましく、また光ファイバのフェルール
との嵌合部を−２０〜＋７５℃程度の温度範囲で５／１
０００mm程度の公差に抑える必要があるために線膨張係
数が小さい（具体的には、２×１０-5／℃程度）材質が
望ましい。しかし、使用温度条件などによっては、線膨
張係数が７×１０-5／℃程度までの樹脂なら使用可能で
ある。この使用可能な樹脂はエンジニアリングプラスチ
ックと呼ばれる範疇のものであり、例えば液晶ポリマー
（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥ
Ｋ）、ポリエーテルイミド、ポリフェニルサルファイド
（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、
ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリカーボネート
（ＰＣ）、ポリアミドなどであり、線膨張係数が大きす
ぎる場合には、ガラスフィラーあるいはガラスビーズな
どを適量混入するのが有効である。ガラスビーズは、平
均粒径を３０μｍ程度以下とすることが好ましい。その
場合、粒径が小さいほうが好ましいが、コストが高くな
る。特に、平均粒径２〜２０μｍ程度のガラスビーズを
均一に分散させた液晶ポリマーを用いた場合は好結果が
得られている。
【００１２】本発明において樹脂ハウジングに組み込む
光半導体素子は、例えば半導体レーザや発光ダイオード
などの発光素子、あるいはフォトダイオードやプリアン
プ内蔵型フォトダイオードなどの受光素子である。
光半導体素子は、例えば半導体レーザや発光ダイオード
などの発光素子、あるいはフォトダイオードやプリアン
プ内蔵型フォトダイオードなどの受光素子である。
【００１３】
【実施例】図１は本発明で用いる樹脂ハウジングの一例
を示す説明図であり、図２はそれを球レンズ圧入方向か
ら見た端面図である。また図３は、その樹脂ハウジング
を用いた本発明に係る光モジュールの一実施例を示す断
面図である。図３に示すように、この光モジュールは、
気密封止された光半導体素子１０と、球レンズ１２と、
それらを保持すると共に接続相手の光プラグのフェルー
ル（図示せず）を嵌合保持する樹脂ハウジング１４とを
具備し、光プラグ接続時に前記光半導体素子１０とフェ
ルールの光ファイバとが前記球レンズ１２によって光学
的に結合する構造である。
を示す説明図であり、図２はそれを球レンズ圧入方向か
ら見た端面図である。また図３は、その樹脂ハウジング
を用いた本発明に係る光モジュールの一実施例を示す断
面図である。図３に示すように、この光モジュールは、
気密封止された光半導体素子１０と、球レンズ１２と、
それらを保持すると共に接続相手の光プラグのフェルー
ル（図示せず）を嵌合保持する樹脂ハウジング１４とを
具備し、光プラグ接続時に前記光半導体素子１０とフェ
ルールの光ファイバとが前記球レンズ１２によって光学
的に結合する構造である。
【００１４】樹脂ハウジング１４は、全体がほぼ筒形状
を呈する一体成形品であり、一方の端部（図１では左側
の端部）１６が光半導体素子１０の取付け部、内部中央
寄りが球レンズ１２を固定する部分、中央付近から反対
側の端部にかけてがレセプタクル部２０となっている。
レセプタクル部２０は、接続相手の光プラグのフェルー
ルが丁度嵌入するボア（空洞部）２２を有する部分であ
る。
を呈する一体成形品であり、一方の端部（図１では左側
の端部）１６が光半導体素子１０の取付け部、内部中央
寄りが球レンズ１２を固定する部分、中央付近から反対
側の端部にかけてがレセプタクル部２０となっている。
レセプタクル部２０は、接続相手の光プラグのフェルー
ルが丁度嵌入するボア（空洞部）２２を有する部分であ
る。
【００１５】球レンズを固定する部は、光軸Ｏ−Ｏを中
心軸として、その周囲に、先端部が光半導体素子１０に
向かって突出し且つ内周側に膨出（オーバーハング）し
た爪状突起２４によって構成される。ここでは爪状突起
２４は周方向で均等に３分割されるように配列形成して
ある（図２参照）。爪状突起２４の内側基端部から前記
ボア２２にかけて、小口径の貫通孔２６とやや大口径の
貫通孔２８が光軸上で連続するように形成され、それが
光ビームの通路となる。
心軸として、その周囲に、先端部が光半導体素子１０に
向かって突出し且つ内周側に膨出（オーバーハング）し
た爪状突起２４によって構成される。ここでは爪状突起
２４は周方向で均等に３分割されるように配列形成して
ある（図２参照）。爪状突起２４の内側基端部から前記
ボア２２にかけて、小口径の貫通孔２６とやや大口径の
貫通孔２８が光軸上で連続するように形成され、それが
光ビームの通路となる。
【００１６】前記のように本発明では球レンズ１２を使
用する。この実施例では、球レンズ１２の半径ｒを1.00
mmとする。この球レンズ１２を保持する爪状突起２４の
内側形状は、少なくとも３種の半径を有する曲面をつな
いで構成する。基部側の第１の曲面は前記のように球レ
ンズ１２を位置決めするためのレンズ着座面３０であっ
て、レンズ半径ｒに一致する曲率（Ｒ11＝ｒ＝1.00mm）
の球面である。中間部の第２の曲面は圧入時に球レンズ
に対して非接触の空間を形成するための非接触面３２で
あって、レンズ半径ｒよりも小さな曲率の球面である。
ここでは曲率Ｒ21（＝0.714 mm），Ｒ22（＝0.528 mm）
の２つの球面の組み合わせで構成している（ｒ＞Ｒ21＞
Ｒ22）。第３の曲面は、圧入口側のレンズ圧着面３４で
あり、球レンズ１２を滑らかに導入するために、前記第
１及び第２の曲面とは曲面方向が逆になっている球面で
ある。ここでは曲率Ｒ31（＝1.000 mm），Ｒ32（＝0.25
0mm）の２つの球面の組み合わせで構成している。球レ
ンズ装着時は、このレンズ圧着面３２とレンズ着座面３
０とで該球レンズ１２を抱持固定する。
用する。この実施例では、球レンズ１２の半径ｒを1.00
mmとする。この球レンズ１２を保持する爪状突起２４の
内側形状は、少なくとも３種の半径を有する曲面をつな
いで構成する。基部側の第１の曲面は前記のように球レ
ンズ１２を位置決めするためのレンズ着座面３０であっ
て、レンズ半径ｒに一致する曲率（Ｒ11＝ｒ＝1.00mm）
の球面である。中間部の第２の曲面は圧入時に球レンズ
に対して非接触の空間を形成するための非接触面３２で
あって、レンズ半径ｒよりも小さな曲率の球面である。
ここでは曲率Ｒ21（＝0.714 mm），Ｒ22（＝0.528 mm）
の２つの球面の組み合わせで構成している（ｒ＞Ｒ21＞
Ｒ22）。第３の曲面は、圧入口側のレンズ圧着面３４で
あり、球レンズ１２を滑らかに導入するために、前記第
１及び第２の曲面とは曲面方向が逆になっている球面で
ある。ここでは曲率Ｒ31（＝1.000 mm），Ｒ32（＝0.25
0mm）の２つの球面の組み合わせで構成している。球レ
ンズ装着時は、このレンズ圧着面３２とレンズ着座面３
０とで該球レンズ１２を抱持固定する。
【００１７】次に爪状突起２４の外側形状は、先端側よ
りも基部側が外向きに拡がるように傾斜（傾斜角θ≒１
０°）をもたせ、且つ外側周囲の座ぐり深さＬをレンズ
直径の約３／４（Ｌ≒３ｒ／２）とし、爪状突起２４の
付け根部にはアール（丸み：Ｒ≒０．５mm）をつける。
このような形状とすることで、球レンズ圧入時の撓み変
形に対する機械的強度をより一層高めると共に撓み易く
し、且つ復元時の反力の低下を防ぎ、確実な球レンズ抱
持固定を可能としている。これは、外側面に傾斜をもた
せることで中間部の肉厚の低下を防ぎ（肉厚をほぼ均一
化し）圧入荷重を分散できること、爪状突起の外側基部
を深く座ぐることでレンズ圧入時の爪状突起の十分な逃
げ量を確保できること、更に付け根部にアールを設ける
ことでレンズ圧入後の爪状突起の十分な復元反力を確保
できること、による。
りも基部側が外向きに拡がるように傾斜（傾斜角θ≒１
０°）をもたせ、且つ外側周囲の座ぐり深さＬをレンズ
直径の約３／４（Ｌ≒３ｒ／２）とし、爪状突起２４の
付け根部にはアール（丸み：Ｒ≒０．５mm）をつける。
このような形状とすることで、球レンズ圧入時の撓み変
形に対する機械的強度をより一層高めると共に撓み易く
し、且つ復元時の反力の低下を防ぎ、確実な球レンズ抱
持固定を可能としている。これは、外側面に傾斜をもた
せることで中間部の肉厚の低下を防ぎ（肉厚をほぼ均一
化し）圧入荷重を分散できること、爪状突起の外側基部
を深く座ぐることでレンズ圧入時の爪状突起の十分な逃
げ量を確保できること、更に付け根部にアールを設ける
ことでレンズ圧入後の爪状突起の十分な復元反力を確保
できること、による。
【００１８】各爪状突起２４は、樹脂ハウジング本体部
分とともに射出成形法によって一体的に成形される樹脂
部である。具体的には、爪状突起の先端膨出部分（オー
バーハング）は、成形金型の中心部に挿入するコアピン
の球面状先端部の基部に括れを形成しておき、樹脂を金
型内に射出した直後に該コアピンを無理抜きすることで
形成できる。
分とともに射出成形法によって一体的に成形される樹脂
部である。具体的には、爪状突起の先端膨出部分（オー
バーハング）は、成形金型の中心部に挿入するコアピン
の球面状先端部の基部に括れを形成しておき、樹脂を金
型内に射出した直後に該コアピンを無理抜きすることで
形成できる。
【００１９】ここでは樹脂ハウジング１４として平均粒
径約２０μｍのガラスビーズを５０重量％程度分散させ
た低異方性グレード液晶ポリマーを使用した。液晶ポリ
マー自体は線膨張係数の異方性が大きい（射出時の流動
方向では線膨張係数はほぼゼロ、それと直交する方向で
は線膨張係数は８×１０-5／℃程度）が、ガラスビーズ
を適量分散させることで異方性を低減できる（射出時の
流動方向及びそれと直交する方向とも線膨張係数は２×
１０-5／℃程度）からである。これによって、光モジュ
ールの実際の使用温度範囲（−２０〜＋７５℃）でレセ
プタクル部の内径2.5 mmφに対して内径変動量を0.005
mmに抑えることができた。
径約２０μｍのガラスビーズを５０重量％程度分散させ
た低異方性グレード液晶ポリマーを使用した。液晶ポリ
マー自体は線膨張係数の異方性が大きい（射出時の流動
方向では線膨張係数はほぼゼロ、それと直交する方向で
は線膨張係数は８×１０-5／℃程度）が、ガラスビーズ
を適量分散させることで異方性を低減できる（射出時の
流動方向及びそれと直交する方向とも線膨張係数は２×
１０-5／℃程度）からである。これによって、光モジュ
ールの実際の使用温度範囲（−２０〜＋７５℃）でレセ
プタクル部の内径2.5 mmφに対して内径変動量を0.005
mmに抑えることができた。
【００２０】球レンズの固定作業は、樹脂ハウジング１
４の光半導体素子取付け側の端部１６を上向きにして、
各爪状突起２４の先端部分に球レンズ１２を放り込み、
棒状の圧入治具（図示せず）で圧入すればよい。爪状突
起２４は、樹脂の靭性によって外向きに撓んで内部に球
レンズ１２を受け入れ、該球レンズ１２はレンズ着座面
３０に当接し位置決めされる。その状態で、爪状突起２
４は元の形状に戻ろうとし、レンズ着座面３０と爪状突
起２４の復元反力とで該球レンズ１２は抱持固定され
る。このような固定構造のため、周囲温度の上昇により
樹脂が若干伸びても、レンズ保持力は維持される。試作
結果によれば、ボア側からレンズを押し出した場合の抜
け強度は１５〜２０kgf であった。またレンズ着座面の
曲率がレンズ自身の曲率と合致しているために、光軸方
向のレンズ位置決め精度は設計中心値に対して±0.01mm
に収まった。光学設計上、レーザ発光点からレンズ面ま
での距離は重要な因子であり、ここを精度よくコントロ
ールできることは、光学特性のばらつきを低減できる結
果をもたらす。
４の光半導体素子取付け側の端部１６を上向きにして、
各爪状突起２４の先端部分に球レンズ１２を放り込み、
棒状の圧入治具（図示せず）で圧入すればよい。爪状突
起２４は、樹脂の靭性によって外向きに撓んで内部に球
レンズ１２を受け入れ、該球レンズ１２はレンズ着座面
３０に当接し位置決めされる。その状態で、爪状突起２
４は元の形状に戻ろうとし、レンズ着座面３０と爪状突
起２４の復元反力とで該球レンズ１２は抱持固定され
る。このような固定構造のため、周囲温度の上昇により
樹脂が若干伸びても、レンズ保持力は維持される。試作
結果によれば、ボア側からレンズを押し出した場合の抜
け強度は１５〜２０kgf であった。またレンズ着座面の
曲率がレンズ自身の曲率と合致しているために、光軸方
向のレンズ位置決め精度は設計中心値に対して±0.01mm
に収まった。光学設計上、レーザ発光点からレンズ面ま
での距離は重要な因子であり、ここを精度よくコントロ
ールできることは、光学特性のばらつきを低減できる結
果をもたらす。
【００２１】このように球レンズ１２を内蔵した樹脂ハ
ウジング１４に光半導体素子１０を結合する。ここで光
半導体素子１０は、素子本体が気密パッケージ内に収容
された構造である。そのベース部分３６が樹脂ハウジン
グ１４の端部１６に当接するように気密パッケージ部分
を樹脂ハウジング１４に挿入して調芯位置決めし、周囲
を樹脂接着剤３８などで固定する。
ウジング１４に光半導体素子１０を結合する。ここで光
半導体素子１０は、素子本体が気密パッケージ内に収容
された構造である。そのベース部分３６が樹脂ハウジン
グ１４の端部１６に当接するように気密パッケージ部分
を樹脂ハウジング１４に挿入して調芯位置決めし、周囲
を樹脂接着剤３８などで固定する。
【００２２】光モジュールに光プラグを接続すると、光
プラグのフェルールがレセプタクル部２０に嵌入する。
その時、光半導体素子１０が例えば半導体レーザであれ
ば、半導体レーザからの出射光は球レンズ１２で集光さ
れてフェルールの光ファイバの端面に集光し入射するよ
うに、光学的な軸合わせが達成される。レンズ着座面３
０の中央を貫通している小口径の貫通孔２６は、その口
径を必要最小限に設定することによって、光ファイバ結
合光のみを通し、球レンズ自体の収差などに起因する不
要光を除去する機能を果たす。光半導体素子１０が例え
ばフォトダイオードであれば、光モジュールに光プラグ
を接続した時、フェルールの光ファイバの端面からの出
射光は球レンズ１２で集光されてフォトダイオードに入
射するように、光学的な軸合わせが達成される。
プラグのフェルールがレセプタクル部２０に嵌入する。
その時、光半導体素子１０が例えば半導体レーザであれ
ば、半導体レーザからの出射光は球レンズ１２で集光さ
れてフェルールの光ファイバの端面に集光し入射するよ
うに、光学的な軸合わせが達成される。レンズ着座面３
０の中央を貫通している小口径の貫通孔２６は、その口
径を必要最小限に設定することによって、光ファイバ結
合光のみを通し、球レンズ自体の収差などに起因する不
要光を除去する機能を果たす。光半導体素子１０が例え
ばフォトダイオードであれば、光モジュールに光プラグ
を接続した時、フェルールの光ファイバの端面からの出
射光は球レンズ１２で集光されてフォトダイオードに入
射するように、光学的な軸合わせが達成される。
【００２３】なお本実施例では、樹脂ハウジング１４の
球レンズ装着側の側壁に、外部雰囲気との空気貫流が可
能な２個の貫通孔４０を対称位置に形成してある。この
貫通孔４０は、雰囲気温度変化に伴い樹脂ハウジング１
４の内部に発生する結露を防止するためのものである。
ここでは樹脂ハウジング内部容積（実際に外部との貫流
が可能な空気量）約４０mm3 に対して合計開口面積約
１．８mm3 の貫通孔を設けている。貫通孔は３本以上で
もよい。
球レンズ装着側の側壁に、外部雰囲気との空気貫流が可
能な２個の貫通孔４０を対称位置に形成してある。この
貫通孔４０は、雰囲気温度変化に伴い樹脂ハウジング１
４の内部に発生する結露を防止するためのものである。
ここでは樹脂ハウジング内部容積（実際に外部との貫流
が可能な空気量）約４０mm3 に対して合計開口面積約
１．８mm3 の貫通孔を設けている。貫通孔は３本以上で
もよい。
【００２４】一般に半導体素子を取り扱う作業では、電
気的なサージによる破壊を防止するために、室内空気を
加湿して５０〜６０％ＲＨに保つ場合が多い。気密封止
された光半導体素子を樹脂ハウジングに装着する時に、
もし上記の貫通孔４０が無いと、この室内の雰囲気が内
部に封入されることになる。光モジュールの動作温度範
囲あるいは保存温度範囲として−４０〜＋８５℃を保証
する場合が多いが、加湿された空気が封入された光モジ
ュールを低温（＋５℃程度以下）にすると結露が生じ易
く、凝集した水滴がレンズ表面あるいは光半導体素子の
窓ガラスに付着し、透過光量低下の原因となる。また光
モジュール製造時でも、光半導体素子を樹脂ハウジング
に熱硬化性接着剤で固着する際に、高周波加熱による局
所加熱を行うと、その温度差（光半導体素子側は約２０
０℃、レンズ側は約２０℃）のため、レンズ表面に結露
が生じる。
気的なサージによる破壊を防止するために、室内空気を
加湿して５０〜６０％ＲＨに保つ場合が多い。気密封止
された光半導体素子を樹脂ハウジングに装着する時に、
もし上記の貫通孔４０が無いと、この室内の雰囲気が内
部に封入されることになる。光モジュールの動作温度範
囲あるいは保存温度範囲として−４０〜＋８５℃を保証
する場合が多いが、加湿された空気が封入された光モジ
ュールを低温（＋５℃程度以下）にすると結露が生じ易
く、凝集した水滴がレンズ表面あるいは光半導体素子の
窓ガラスに付着し、透過光量低下の原因となる。また光
モジュール製造時でも、光半導体素子を樹脂ハウジング
に熱硬化性接着剤で固着する際に、高周波加熱による局
所加熱を行うと、その温度差（光半導体素子側は約２０
０℃、レンズ側は約２０℃）のため、レンズ表面に結露
が生じる。
【００２５】このように樹脂ハウジングが密封構造であ
ると結露が取れず、特性低下が生じる。しかし上記のよ
うに樹脂ハウジング１４に、その内部容積に見合った適
切な開口面積の貫通孔４０を複数本形成しておくと、動
作中あるいは保存中に空気貫流が生じることから結露を
防止でき、例え結露が生じても自然に解消しうる。また
製造時に局所加熱によってレンズ表面に結露が生じて
も、その後に加熱乾燥処理（例えば１００℃で１５分間
程度）することで付着している水蒸気を取り除くことが
できる。このように、貫通孔４０を設けることで、製造
時の不良発生を防ぎ、使用期間中あるは保存期間中の特
性低下を防ぐことができる。
ると結露が取れず、特性低下が生じる。しかし上記のよ
うに樹脂ハウジング１４に、その内部容積に見合った適
切な開口面積の貫通孔４０を複数本形成しておくと、動
作中あるいは保存中に空気貫流が生じることから結露を
防止でき、例え結露が生じても自然に解消しうる。また
製造時に局所加熱によってレンズ表面に結露が生じて
も、その後に加熱乾燥処理（例えば１００℃で１５分間
程度）することで付着している水蒸気を取り除くことが
できる。このように、貫通孔４０を設けることで、製造
時の不良発生を防ぎ、使用期間中あるは保存期間中の特
性低下を防ぐことができる。
【００２６】また上記の実施例は、樹脂ハウジングとし
てレセプタクル部も一体的に成形した構造であるが、レ
セプタクル部を有しない構造もある。そのようなレセプ
タクル部の無い構造の光モジュールをそのまま使用する
場合もあるが、レセプタクル部を別に作製して接合する
構成とすることも可能であり、そうするとレセプタクル
部には光ファイバのフェルールの抜き差しに対する耐久
性の高い材質を選定できる利点が生じる。
てレセプタクル部も一体的に成形した構造であるが、レ
セプタクル部を有しない構造もある。そのようなレセプ
タクル部の無い構造の光モジュールをそのまま使用する
場合もあるが、レセプタクル部を別に作製して接合する
構成とすることも可能であり、そうするとレセプタクル
部には光ファイバのフェルールの抜き差しに対する耐久
性の高い材質を選定できる利点が生じる。
【００２７】上記の実施例の数値（曲率）は、半径1.00
mmの球レンズを装着する際の最適値として示したもので
あるが、レンズ半径が変化した場合には、相似形変形と
すればよい。また上記第１〜第３の曲面は、全て３次元
の曲面で構成しているが、多数の平面の組み合わせによ
って擬似的な曲面とする構成も可能である。
mmの球レンズを装着する際の最適値として示したもので
あるが、レンズ半径が変化した場合には、相似形変形と
すればよい。また上記第１〜第３の曲面は、全て３次元
の曲面で構成しているが、多数の平面の組み合わせによ
って擬似的な曲面とする構成も可能である。
【００２８】
【発明の効果】本発明は上記のように、樹脂ハウジング
内部に爪状突起を一体的に成形した構造の光モジュール
なので、部品点数が最少限で済む利点がある。本発明で
は、レンズを接着剤や溶着ガラスを用いることなく機械
的に樹脂ハウジングに固定できるために、レンズ表面へ
の接着剤などの付着が無く、また光モジュールの耐候性
が向上する。レンズ固定は、樹脂ハウジングの爪状突起
に球レンズを放り込んで圧入治具を用いて圧入すれば完
了するので、ハンドリング作業が容易となる。これらの
結果、レンズ固定の際に別部品を必要としないこと、及
びレンズ装着コストが安価であること、などのために製
造コストを下げることができる。
内部に爪状突起を一体的に成形した構造の光モジュール
なので、部品点数が最少限で済む利点がある。本発明で
は、レンズを接着剤や溶着ガラスを用いることなく機械
的に樹脂ハウジングに固定できるために、レンズ表面へ
の接着剤などの付着が無く、また光モジュールの耐候性
が向上する。レンズ固定は、樹脂ハウジングの爪状突起
に球レンズを放り込んで圧入治具を用いて圧入すれば完
了するので、ハンドリング作業が容易となる。これらの
結果、レンズ固定の際に別部品を必要としないこと、及
びレンズ装着コストが安価であること、などのために製
造コストを下げることができる。
【００２９】更に本発明では、爪状突起の構造を規定し
たことで、該爪状突起の機械的強度がより一層向上する
とともに、球レンズの収まりが良くなり、その結果、球
レンズの固定精度が向上し、且つ球レンズ圧入時におけ
る爪状突起の破損や劣化を防止でき、球レンズの保持強
度をより一層高めることができる。
たことで、該爪状突起の機械的強度がより一層向上する
とともに、球レンズの収まりが良くなり、その結果、球
レンズの固定精度が向上し、且つ球レンズ圧入時におけ
る爪状突起の破損や劣化を防止でき、球レンズの保持強
度をより一層高めることができる。
【図１】本発明で用いる樹脂ハウジングの一例を示す説
明図。
明図。
【図２】樹脂ハウジングのレンズ圧入方向から見た端面
図。
図。
【図３】本発明に係る光モジュールの一実施例を示す断
面図。
面図。
１０ 光半導体素子 １２ 球レンズ １４ 樹脂ハウジング ２４ 爪状突起 ３０ レンズ着座面 ３２ 非接触面 ３４ レンズ圧着面
Claims (4)
- 【請求項１】 光半導体素子と、レンズと、それらを保
持する樹脂ハウジングとを具備し、該樹脂ハウジングの
内部には、光軸の周囲に、先端部が光半導体素子に向か
って突出し且つ内周側に膨出した複数の爪状突起が一体
的に成形されていて、爪状突起の内側にレンズを圧入す
ることでレンズを抱持固定する光モジュールにおいて、 組み込むレンズが球レンズであって、該球レンズを保持
する爪状突起の内側形状は、曲率の異なる少なくとも３
種の曲面をつないで構成され、基部側の第１の曲面は球
レンズの位置決めのためのレンズ着座面であってレンズ
半径に一致する曲率の球面であり、中間部の第２の曲面
は圧入時に球レンズに対して非接触の空間を形成するた
めの非接触面であってレンズ半径よりも小さな曲率の球
面で構成され、先端側の第３の曲面は圧入口側のレンズ
圧着面であって球レンズを滑らかに導入するために前記
第１及び第２の曲面とは曲面方向が逆の曲面で構成さ
れ、更に各爪状突起の外側形状は、先端側よりも基部側
が外向きに拡がるように傾斜をもたせ、且つ外側周囲の
座ぐり深さをレンズ直径の５／８〜７／８とし、各爪状
突起の付け根部にアールを設けることを特徴とする光モ
ジュール。 - 【請求項２】 光半導体素子と、レンズと、それらを保
持すると共に接続相手の光プラグのフェルールを嵌合保
持する樹脂ハウジングとを具備し、光プラグ接続時に前
記光半導体素子とフェルールの光ファイバとが前記レン
ズによって光学的に結合する構造であって、前記樹脂ハ
ウジングの内部には、光軸の周囲に、先端部が光半導体
素子に向かって突出し且つ内周側に膨出した複数の爪状
突起が成形されていて、爪状突起の内側にレンズを圧入
することでレンズを抱持固定する光モジュールにおい
て、 組み込むレンズが球レンズであって、該球レンズを保持
する爪状突起の内側形状は、曲率の異なる少なくとも３
種の曲面をつないで構成され、基部側の第１の曲面は球
レンズの位置決めのためのレンズ着座面であってレンズ
半径に一致する曲率の球面であり、中間部の第２の曲面
は圧入時に球レンズに対して非接触の空間を形成するた
め非接触面であってレンズ半径よりも小さな曲率の球面
で構成され、先端側の第３の曲面は圧入口側のレンズ圧
着面であって球レンズを滑らかに導入するために前記第
１及び第２の曲面とは曲面方向が逆の曲面で構成され、
更に各爪状突起の外側形状は、先端側よりも基部側が外
向きに拡がるように傾斜をもたせ、且つ外側周囲の座ぐ
り深さをレンズ直径の５／８〜７／８とし、各爪状突起
の付け根部にアールを設けることを特徴とする光モジュ
ール。 - 【請求項３】 爪状突起が周方向で均等に３分割されて
いて、各爪状突起の外側形状は、先端側よりも基部側が
外向きに拡がるようにほぼ１０°の角度の傾斜をもち、
且つ外側周囲の座ぐり深さがレンズ直径のほぼ３／４で
あって、爪状突起の付け根部にほぼ０．５mmのアールを
設けた請求項１又は２記載の光モジュール。 - 【請求項４】 樹脂ハウジングが、平均粒径３０μｍ以
下のガラスビーズを均一に分散させた液晶ポリマーから
なる請求項１乃至３記載の光モジュール。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36202597A JP3370264B2 (ja) | 1997-12-11 | 1997-12-11 | 光モジュール |
| TW087119566A TW374118B (en) | 1997-12-11 | 1998-11-25 | Optical module |
| US09/203,028 US6147817A (en) | 1997-12-11 | 1998-12-01 | Optical module |
| EP98310132A EP0922977A3 (en) | 1997-12-11 | 1998-12-10 | Optical module |
| CN98127103A CN1234615A (zh) | 1997-12-11 | 1998-12-11 | 光学组件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36202597A JP3370264B2 (ja) | 1997-12-11 | 1997-12-11 | 光モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11174282A true JPH11174282A (ja) | 1999-07-02 |
| JP3370264B2 JP3370264B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=18475656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36202597A Expired - Fee Related JP3370264B2 (ja) | 1997-12-11 | 1997-12-11 | 光モジュール |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0922977A3 (ja) |
| JP (1) | JP3370264B2 (ja) |
| CN (1) | CN1234615A (ja) |
| TW (1) | TW374118B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2002270943A (ja) * | 2001-03-09 | 2002-09-20 | Mitsubishi Electric Corp | 光半導体装置用キャップとこれを用いた光半導体装置 |
| JP2003075687A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-12 | Kyocera Corp | 光デバイス |
| JP2009194337A (ja) * | 2008-02-18 | 2009-08-27 | Fuji Xerox Co Ltd | 光半導体パッケージ |
| WO2017212648A1 (ja) * | 2016-06-10 | 2017-12-14 | 富士通フロンテック株式会社 | 撮像装置 |
| JP2020106735A (ja) * | 2018-12-28 | 2020-07-09 | Hoya株式会社 | レンズユニット及びレンズユニットの製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8885991B2 (en) | 2009-12-21 | 2014-11-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Circuit switched optical interconnection fabric |
| CN102483497B (zh) * | 2010-01-06 | 2014-06-04 | 惠普发展公司，有限责任合伙企业 | 光学互连件 |
| CN105215548B (zh) * | 2015-10-26 | 2017-09-12 | 惠州市杰普特电子技术有限公司 | 激光焊接装置 |
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|---|---|---|---|---|
| US3930711A (en) * | 1973-10-29 | 1976-01-06 | Powell Charles W | Special effects lens |
| JPS61134709A (ja) * | 1984-12-05 | 1986-06-21 | Fujitsu Ltd | 球レンズアセンブリ |
| JPS63102543A (ja) * | 1986-10-20 | 1988-05-07 | Ricoh Co Ltd | レ−ザ光走査装置の同期検知装置 |
| JPS6457220A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-03 | Hitachi Ltd | Lens holder |
| JPH0232307A (ja) * | 1988-07-22 | 1990-02-02 | Nec Corp | 光半導体素子モジュール |
| JP2880765B2 (ja) * | 1990-05-31 | 1999-04-12 | 日本電気株式会社 | 光半導体素子モジュールの球レンズ固定方法 |
| JP3310910B2 (ja) * | 1997-06-24 | 2002-08-05 | 日本板硝子株式会社 | 光モジュール |
-
1997
- 1997-12-11 JP JP36202597A patent/JP3370264B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-11-25 TW TW087119566A patent/TW374118B/zh not_active IP Right Cessation
- 1998-12-10 EP EP98310132A patent/EP0922977A3/en not_active Withdrawn
- 1998-12-11 CN CN98127103A patent/CN1234615A/zh active Pending
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