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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine bidirektionale optische Übertragungsvorrichtung,
die auf eine optische Sende-/Empfangsvorrichtung und eine Minibuchse
(mini-jack) angewendet wird, und die besonders geeignet für Kurzstreckenübertragung
ist.
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Eine
Lichtleitfaser weist Vorteile auf, wie beispielsweise, dass sie
einen kleinen Durchmesser, ein geringes Gewicht, das heißt, das
spezifische Gewicht von Glas beträgt etwa ein Viertel dessen
von Kupfer, eine ausgezeichnete Flexibilität, das heißt, der Krümmungsradius beträgt weniger
als einige Zentimeter, einen hohen Widerstand gegen elektromagnetische
Induktion und Nebensprechen und einen geringen Verlust von zum Beispiel
ungefähr
1 dB/km aufweist, für
Breitbandübertragungen
geeignet ist und ein geringes Problem in Bezug auf Ressourcen hat.
Daher wird ein Lichtleitfaserkabel-Übertragungssystem weit verbreitet
nicht nur im öffentlichen Übertragungsbereich
als Weitverkehrsnetz (WAN), sondern auch in einem Übertragungssystem, das
als lokales Netzwerk (LAN) bezeichnet wird, und Datenbus-, Datenverbindungs-
und verschiedenen Mess- und Steuersystemen verwendet.
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Außerdem ist
in einem Personal Area Network (PAN) ein optisches Übertragungsmodem
mit einem einzigen Lichtleitfaserkabel verwendet worden, dessen
Durchmesser ungefähr
1 mm beträgt und
mit einer Licht emittierenden Vorrichtung und einer Licht empfangenden
Vorrichtung verbunden ist, die in einem Gehäuse vorgesehen sind. Das optische Übertragungsmodul
ist für
eine optische Sende-/Empfangsvorrichtung für unidirektionale Übertragung
ausgelegt. Außerdem
sind zwei Sätze
von unilateralen optischen Übertragungsmodulen
zusammengesetzt, um ein bidirektionales optisches Doppelkern-Übertragungsmodul (double-core
bidirectional optical transmission module) auszubilden. Es wurde
jedoch keine bidirektionale optische Übertragungsvorrichtung vorgeschlagen,
die einen einzelnen Kern aufweist und auf ein kompaktes bidirektionales
optisches Übertragungsmodul
ausgelegt werden kann.
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Ein
Beispiel für
ein herkömmliches
bidirektionales optisches Doppelkern-Übertragungsmodul wird im Folgenden
unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, das eine Schnittansicht
davon zeigt.
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Unter
Bezugnahme auf 6 umfasst ein bidirektionales
optisches Doppelkern-Übertragungsmodul
(Buchse) 80 ein Gehäuse 81 mit
einer horizontalen Trennwand 82, wodurch das Gehäuse 81 in
einen unteren Abschnitt und einen oberen Abschnitt unterteilt wird.
In dem unteren Abschnitt ist eine Licht emittierende Vorrichtung 83 und
eine Licht empfangende Vorrichtung 84 bereitgestellt.
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Die
Licht emittierende Vorrichtung 83 umfasst ein Substrat 85a,
das auf dem Boden des Gehäuses 81 angebracht
ist, eine integrierte Schaltung 86, die auf dem Substrat 85a zum
Umwandeln eines elektrischen Signals einer logischen Ebene in ein
Signal zum Antreiben eines Licht emittierenden Elements angebracht
ist, und ein Licht emittierendes Element 87, das auf dem
Substrat 85a angebracht ist und eine LED zum Umwandeln
des Antriebssignals in ein optisches Signal umfasst. Die integrierte
Schaltung 86 und das Licht emittierende Element 87 sind mit
einem transparenten Harz 88 eingekapselt.
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Die
Licht empfangende Vorrichtung 84 umfasst ein Substrat 85b,
das auf dem Boden des Gehäuses 81 angebracht
ist, und eine Licht empfangende integrierte Schaltung 89,
die auf dem Substrat 85b angebracht ist, wobei eine Fotodiode
zum Umwandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal
und eine integrierte Schaltung zum Verstärken des elektrischen Signals
für eine
logische Ebene integral aufgenommen werden. Die Licht empfangende integrierte
Schaltung 89 ist ebenfalls mit dem transparenten Harz 88 eingekapselt.
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Die
Substrate 85a und 85b sind mit (nicht gezeigten)
Anschlusselementen verbunden, die an der Außenwand des Gehäuses 81 ausgebildet
sind, um mit externen Vorrichtungen verbunden zu werden.
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Für das bidirektionale
optische Übertragungsmodul 80 ist
ein bidirektionales optisches Übertragungs-Doppelkernlichtleitfaserkabel 71 bereitgestellt.
Das Lichtleitfaserkabel 71 umfasst eine Lichtleitfaser 71a zum
Empfangen von Licht, eine Lichtleitfaser 71b zum Emittieren
von Licht, und einen Stecker 71c, um die Lichtleitfasern 71a und 71b mitein ander
zu verbinden. Der Stecker 71c wird in das Gehäuse 81 eingeführt, und
jede der Lichtleitfasern 71a und 71b wird in eine Öffnung eingeführt, die in
der Trennwand 82 ausgebildet ist, um ein Ende davon der
Licht empfangenden Vorrichtung 84 oder der Licht emittierenden
Vorrichtung 83 gegenüberzustellen.
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Im
Betrieb wird ein optisches Signal, das durch die Lichtleitfaser 71a eingespeist
wird, der Licht empfangenden integrierten Schaltung 89 durch das
transparente Harz 88 zugeführt, wobei das Signal in ein
elektrisches Signal umgewandelt wird. Andererseits wird das elektrische
Signal, das in das Licht emittierende Element 87 eingespeist
wird, in ein optisches Signal umgewandelt und gelangt durch das
transparente Harz 88 in die Lichtleitfaser 71b,
um nach außen übertragen
zu werden.
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Allerdings
erfordert das herkömmliche
bidirektionale optische Übertragungsmodul,
dass das Lichtleitfaserkabel zwei Kerne aufweist. Außerdem ist
es notwendig, beim Zusammensetzen des Lichtleitfaserkabels und des
optischen Übertragungsmoduls
Vorsichtsmaßnahmen
zu treffen, um dessen Eingang und Ausgang nicht zu verwechseln.
Außerdem
ist das Doppelkern-Lichtleitfaserkabel starrer als ein Einzelkern-Lichtleitfaserkabel
und daher weniger flexibel. Des Weiteren weist das herkömmliche
bidirektionale optische Übertragungsmodul
eine getrennte Licht emittierende Vorrichtung und Licht empfangende
Vorrichtung auf, so dass die Größe des Moduls
nicht klein ausgelegt werden kann.
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Die
offengelegte
japanische Patentanmeldung
2000-150951 offenbart die folgende Vorrichtung.
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Eine
optisch gekoppelte Vorrichtung umfasst eine Licht empfangende Vorrichtung 4,
eine Licht emittierende Vorrichtung 5 und Einkapselungselemente 10.
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Obwohl
eine Lichtleitfaser zum Leiten des Lichts in der Spezifikation und
in den Zeichnungen nicht beschrieben wird, ist natürlich ein
Paar von Lichtleitfasern bereitgestellt, weil die Vorrichtungen 4 und 5 voneinander
entfernt angeordnet sind, und daher eine einzelne Lichtleitfaser
auf Grund mechanischer und ortsbedingter Probleme nicht ausgebildet werden
kann.
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Daher
weist auch dieser bisherige Stand der Technik die oben beschriebenen
Probleme der herkömmlichen
Vorrichtung von 6 auf.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte bidirektionale
optische Übertragungsvorrichtung
bereitzustellen, die ein Einzelkern-Lichtleitfaserkabel aufweist,
und in der ein Licht emittierendes Element und ein Licht empfangendes Element
in eines zusammengepackt sind, wobei das eingehende optische Signal
ausreichend von dem ausgehenden optischen Signal getrennt ist.
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Die
vorliegende Erfindung erfüllt
ihre Aufgabe, indem eine bidirektionale optische Übertragungsvorrichtung
bereitgestellt wird, die die Merkmale von Anspruch 1 umfasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine bidirektionale optische Übertragungsvorrichtung bereitgestellt,
die ein zylindrisches Gehäuse,
eine in dem Gehäuse
bereitgestellte Licht empfangende Vorrichtung, eine in dem Gehäuse bereitgestellte Licht
emittierende Vorrichtung, wenigstens ein Licht absorbierendes/reflektierendes
Element, das in wenigstens einer von der Licht empfangenden Vorrichtung
und der Licht emittierenden Vorrichtung bereitgestellt ist, um Lichtstrahlen
einzuschränken,
die in die Licht empfangende Vorrichtung eintreten.
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Eine
Lichtabschirmplatte ist zwischen der Licht empfangenden Vorrichtung
und der Licht emittierenden Vorrichtung bereitgestellt, um Licht
daran zu hindern, in die Licht empfangende Vorrichtung einzutreten.
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Die
Licht absorbierenden/reflektierenden Elemente werden in der Licht
empfangenden Vorrichtung parallel zu den einfallenden Lichtstrahlen
bereitgestellt.
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In
einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind die
Licht absorbierenden/reflektierenden Elemente in der Licht empfangenden Vorrichtung
auf einem Winkel mit den einfallenden Lichtstrahlen bereitgestellt.
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Die
Licht empfangende Vorrichtung und die Licht emittierende Vorrichtung
sind mit einem transparenten Dichtungskörper eingekapselt.
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Diese
und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offenkundig.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnittansicht einer bidirektionalen optischen Übertragungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2a und 2b sind
Schnittansichten, die das Herstellungsverfahren der bidirektionalen
optischen Übertragungsvorrichtung
von 1 erläutern;
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3a und 3b sind
Schnittansichten, die ein weiteres Herstellungsverfahren der bidirektionalen
optischen Übertragungsvorrichtung
erläutern;
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4 ist
eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der bidirektionalen
optischen Übertragungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der bidirektionalen
optischen Übertragungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung; und
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6 ist
eine Schnittansicht eines herkömmlichen
bidirektionalen optischen Doppelkern-Übertragungsmoduls.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter
Bezugnahme auf 1 weist eine bidirektionale
optische Übertragungsvorrichtung 1 der vorliegenden
Erfindung ein zylindrisches Gehäuse 2 auf.
Die bidirektionale optische Übertragungsvorrichtung 1 umfasst
ein Schaltungssubstrat 1c aus Keramik oder einem Glasepoxidharz,
das auf dem Boden des Gehäuses 2 ausgebildet
ist, eine Licht empfangende Vorrichtung 1a und eine Licht
emittierende Vorrichtung 1b, die beide in dem Gehäuse 2 benachbart
angeordnet und auf dem Schaltungssubstrat 1c angebracht
sind. Das Schaltungssubstrat 1c wird mit (nicht gezeigten)
Anschlusselementen zum Verbinden der Vorrichtung 1 mit
einer externen Vorrichtung bereitgestellt.
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Die
Licht emittierende Vorrichtung 1b umfasst eine integrierte
Schaltung 5, die auf dem Schaltungssubstrat 1c angebracht
und zum Umwandeln eines elektrischen Signals einer logischen Ebene
in ein ein Licht emittierendes Element antreibendes Signal bereitgestellt
ist, und ein Licht emittierendes Element 6, das auf dem
Schaltungssubstrat 1c angebracht ist und eine LED zum Umwandeln
des Antriebssignals in ein optisches Signal umfasst.
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Die
Licht empfangende Vorrichtung 1a umfasst eine Licht empfangende
integrierte Schaltung 7, die auf dem Schaltungssubstrat 1c angebracht
ist und eine Fotodiode zum Umwandeln eines optischen Signals in
ein elektrisches Signal und eine integrierte Schaltung zum Verstärken des
elektrischen Signals für
eine logische Ebene integral aufnimmt.
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Die
aktiven Flächen
der Licht empfangenden Vorrichtung 1a und der Licht emittierenden
Vorrichtung 1b werden jeweils durch Dichtungskörper 8 und 9 eingekapselt,
die aus transparentem Harz bestehen, das fähig ist, Licht zu übertragen.
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Eine
Lichtabschirmplatte 10 ist zwischen den transparenten Harzdichtungskörpern 8 und 9 bereitgestellt.
Des Weiteren ist eine Vielzahl von den Lichtweg einschränkenden
Elementen 11, von denen jedes in einem Film ausgebildet
ist, auf der Unterseite der oberen Fläche des Dichtungskörpers 9 in
einem vorgegebenen Intervall parallel zu den einfallenden Lichtstrahlen
ausgebildet.
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Eine
Lichtleitfaser 3 weist einen Durchmesser von 1 mm auf und
besteht aus einem einzelnen Kern, dessen Durchmesser 980 μm beträgt, und
einer Kaschierung (clad), deren Dicke 20 μm beträgt. Die Lichtleitfaser 3 wird
in einem Führungsabschnitt 2b des
Gehäuses 2 durch
einen Steckverbinder 12, der an dem Gehäuse 2 befestigt ist,
so positioniert, dass eine Endfläche 3a der
Lichtleitfaser 3 den aktiven Flächen der Licht empfangenden
Vorrichtung 1a und der Licht emittierenden Vorrichtung 1b gegenübersteht, die
die Licht empfangende Fläche
der Licht empfangenden integrierten Schaltung 7 und die
Licht emittierende Fläche
des Licht emittierenden Elements 6 sind.
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Der
Betrieb der bidirektionalen optischen Übertragungsvorrichtung 1 wird
hierin im Folgenden beschrieben. Ein optisches Signal, das durch
die Lichtleitfaser 3 eingespeist wird, wird der Licht empfangenden
Vorrichtung 1a als ein einfallendes Licht P1 zugeführt. Das
Licht durchquert den Dichtungskörper 9 und
wird der Licht empfangenden integrierten Schaltung 7 zugeführt, um
in ein elektrisches Signal umgewandelt zu werden.
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Andererseits
wird ein optisches Signal, das von einem Antriebssignal von der
integrierten Schaltung 5 abhängt, von dem Licht emittierenden
Element 6 als ein Emissionslicht P2 emittiert. Das Emissionslicht
durchquert den Dichtungskörper 8 und
wird der Lichtleitfaser zugeführt,
um nach außen übertragen zu
werden.
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Wenn
eine einzelne Lichtleitfaser 3 bidirektional verwendet
wird, und die Licht empfangende Vorrichtung 1a und die
Licht emittierende Vorrichtung 1b nahe beieinander angeordnet
sind, wie in der vorliegenden Erfindung, tritt ein Problem auf,
dass ein Teil des Emissionslichts P2 in die Licht empfangende integrierte
Schaltung 7 eintritt, wodurch sich das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert.
Insbesondere ist das Licht, das Rauschen verursacht, ein Streulicht P3
und reflektiertes Licht P4, welches das Licht ist, das durch die
Endfläche 3a der
Lichtleitfaser 3 reflektiert wird.
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In
der vorliegenden Erfindung wird das Streulicht P3 durch die Lichtabschirmplatte 10 blockiert.
Das reflektierte Licht P4 trifft so auf das den Lichtweg einschränkende Element 11,
dass ein Teil des reflektierten Lichts durch das einschränkende Element
absorbiert wird, während
der andere Teil reflektiert wird. Der reflektierte andere Teil wird
des Weiteren von dem Harz des Dichtungskörpers 9 mittels Absorption
durch Lichtbrechung (refractive absorption) absorbiert oder von
den den Lichtweg einschränkenden
Elementen 11 absorbiert und verschwindet somit. Dementsprechend
wird das Licht der Licht empfangenden integrierten Schaltung 7 kaum
zugeführt.
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Und
zwar wird auf Grund der Lichtabschirmplatte 10 und der
den Lichtweg einschränkenden
Elemente 11 das einfallende Licht P1, das von der Lichtleitfaser 3 vertikal
emittiert wird, der Licht empfangenden integrierten Schaltung 7 zugeführt, aber
das Streu licht P3, das reflektierte Licht P4 und anderes externes
Licht werden der Licht empfangenden integrierten Schaltung 7 nicht
zugeführt.
Somit ist das ausgehende Licht von dem Licht emittierenden Element 6 ausreichend
von dem eingehenden Licht getrennt.
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Die 2a und 2b zeigen
das Herstellungsverfahren der bidirektionalen optischen Übertragungsvorrichtung 1. 2a ist
eine Schnittansicht der in Produktion befindlichen Vorrichtung,
und 2b ist eine Schnittansicht der fertig gestellten Vorrichtung.
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Unter
Bezugnahme auf 2a werden die integrierte Schaltung 5,
das Licht emittierende Element 6 und die Licht empfangende
integrierte Schaltung 7 auf einem Verdrahtungsmuster befestigt,
das auf dem Schaltungssubstrat 1c ausgebildet ist. Transparentes
Harz wird auf den Vorrichtungen ausgeformt, um die Dichtungskörper 8 und 9 auszubilden.
Eine Nut 21 zum Ausbilden der Lichtabschirmplatte 10 und
eine Vielzahl von Nuten 22 zum Ausbilden der den Lichtweg
einschränkenden
Elemente 11 werden in dem transparenten Harz durch Einstechen ausgebildet.
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Ein
Licht absorbierendes Material oder ein Licht abschirmendes Material
wird in jeder der Nuten 21 und 22 eingebettet,
wie in 2b gezeigt, um die Lichtabschirmplatte 10 und
die den Lichtweg einschränkenden
Elemente 11 auszubilden, wodurch die bidirektionale optische Übertragungsvorrichtung 1 fertig
gestellt wird. Das Licht absorbierende Material und das Licht abschirmende
Material können
ein schwarzes Harz sein, das in die Nuten injiziert wird, oder eine
schwarz gefärbte
Metallplatte, die in den Nuten eingebettet wird. Durch Bereitstellen
der Lichtabschirmplatte 10 können die Licht empfangende Vorrichtung 1a und
die Licht emittierende Vorrichtung 1b getrennt in der bidirektionalen
optischen Übertragungsvorrichtung 1 ausgebildet
werden.
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3a und 3b zeigen
ein weiteres Verfahren zum Herstellen der bidirektionalen optischen Übertragungsvorrichtung 1. 3a ist
eine Schnittansicht der in Produktion befindlichen Vorrichtung, und 3b ist
eine Schnittansicht der fertig gestellten Vorrichtung
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Das
Schaltungssubstrat 1c ist in dem vorliegenden Verfahren
in zwei Platinen 1d und 1e unterteilt. Auf dem
Verdrahtungsmuster des Schaltungssubstrats 1d sind die
integrierte Schaltung 5 und das Licht emittierende Element 6 befestigt,
und auf dem Verdrah tungsmuster des anderen Schaltungssubstrats 18 ist
die Licht empfangende integrierte Schaltung 7 befestigt.
Transparentes Harz ist auf jedem der Schaltungssubstrate 1d und 1e ausgeformt,
wodurch jeweils die Dichtungskörper 8 und 9 ausgebildet
werden. Daher werden die Licht empfangende Vorrichtung 1a und
die Licht emittierende Vorrichtung 1b getrennt ausgebildet.
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Das
Licht absorbierende Material oder das Licht abschirmende Material
ist auf einer an die Licht empfangende Vorrichtung 1a angrenzenden
Ebene angebracht, wodurch die Lichtabschirmplatte 10 ausgebildet
wird. Nuten 22 werden in dem Dichtungskörper 9 durch Einstechen
ausgebildet.
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Wie
in 3b gezeigt, ist das Licht absorbierende Material
oder das Licht abschirmende Material in den Schlitzen 22 eingebettet,
um die den Lichtweg einschränkenden
Elemente 11 auszubilden. Die Licht empfangende Vorrichtung 1a und
die Licht emittierende Vorrichtung 1b sind mit dazwischen
eingefügter
Lichtabschirmplatte 10 aneinander angebracht, so dass die
bidirektionale optische Übertragungsvorrichtung 1 fertig
gestellt wird.
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Die
Lichtabschirmplatte 10 kann auf beiden der Licht empfangenden
Vorrichtung 1a und der Licht emittierenden Vorrichtung 1b ausgebildet
werden. Wenn die Lichtabschirmplatte 10 jedoch auf der
Licht empfangenden Vorrichtung 1a ausgebildet wird, wie in 3a gezeigt,
kann gleichzeitig schwarzes Harz in die Nut 22 injiziert
werden.
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Die
Lichtabschirmplatte 10 muss nicht auf schwarzes Harz begrenzt
sein, sondern kann durch einen metallplattierten Film ausgebildet
werden. Die Seite gegenüber
der Anbringungsseite von jeder der Licht empfangenden Vorrichtung 1a und
der Licht emittierenden Vorrichtung 1b kann des Weiteren gleichzeitig
auf die gleiche Weise behandelt werden, wodurch eine Lichtabschirmung
gegen externes Licht ausgebildet wird.
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Unter
Bezugnahme auf 4 weist die bidirektionale optische Übertragungsvorrichtung 1 der zweiten
Ausführungsform
eine Vielzahl von den Lichtweg einschränkenden Elementen 11a auf,
die in dem Dichtungskörper 9 bereitgestellt
sind, welche in einem vorgegebenen Winkel in Bezug auf das Einfallslot
auf der Licht empfangenden Fläche
der Licht empfangenden integrierten Schaltung 7 geneigt
sind. Dies verhindert effektiver, dass das Licht, das von dem Licht
emittierenden Element 6 der Licht emittierenden Vorrichtung 1b emittiert
wird, das heißt,
das reflektierte Licht P4, in die Licht empfangende Vorrichtung 1a eintritt.
Somit wird ein besserer Lichtabschirmeffekt erhalten. Der sonstige
Aufbau und sonstige Abläufe
sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
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In
der dritten Ausführungsform
der bidirektionalen optischen Übertragungsvorrichtung 1,
die in 5 gezeigt ist, wird zusätzlich zu den den Lichtweg
einschränkenden
Elementen 11 der optischen Übertragungsvorrichtung 1 von 1 eine
Vielzahl von den den Lichtweg einschränkenden Elementen 11b auf
der Unterseite der oberen Fläche
des Dichtungskörpers 8 in
der Licht emittierenden Vorrichtung 1b bereitgestellt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
sind die den Lichtweg einschränkenden
Elemente 11b zu der Licht empfangenden Vorrichtung 1a hin
geneigt. Daher wird nicht nur die Menge des reflektierten Lichts
P4 verringert, das in die Licht empfangende Vorrichtung 1a eintritt,
auch dessen Einfallswinkel wird erhöht, so dass dessen Einwirkung
verringert wird. Da die den Lichtweg einschränkenden Elemente 11,
die in der Licht empfangenden Vorrichtung 1a bereitgestellt
sind, parallel zum Einfallslot auf der Licht empfangenden Fläche der
Licht empfangenden integrierten Schaltung 7 sind, wird
die Menge des einfallenden Lichts P1 nicht verringert.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird eine bidirektionale optische Übertragungsvorrichtung
bereitgestellt, die eine Licht emittierende Vorrichtung und eine
Licht empfangende Vorrichtung aufweist, wobei den Lichtweg einschränkende Elemente
wenigstens in einer der Vorrichtungen bereitgestellt sind, um die
Richtung des Lichts einzuschränken.
Das eingehende Licht wird dementsprechend ausreichend von dem ausgehenden
Licht getrennt. Die bidirektionale optische Übertragungsvorrichtung verwendet
die Lichtleitfaser, die nur einen Kern aufweist, so dass die Größe der Vorrichtung verringert
werden kann.
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Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit einer bevorzugten spezifischen Ausführungsform
davon beschrieben worden ist, versteht es sich, dass diese Beschreibung
die Erfindung veranschaulichen und nicht deren Umfang begrenzen
soll, der durch die folgenden Ansprüche definiert wird.