JP2002202438A

JP2002202438A - 光トランシーバ

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Publication number: JP2002202438A
Application number: JP2000401435A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Kurata; 和彦蔵田; Shinji Kami; 伸治加美
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-19
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: US20020085254A1; JP3777590B2; US7167653B2

Abstract

(57)【要約】【課題】送信側の電磁波及び光が受信側に回り込まな
いようにして、クロストークを低減する。【解決手段】基板５上に、発光素子１、受光素子２が
搭載されている。その発光素子１、受光素子２の前面の
光が透過する部分に、ピンホール状の開口８ｃを有した
板状金属部材８が配置され、その板状金属部材８の凹部
８ｂに光学的に透明な透明部材９が固定される。透明部
材９には片面に凸球面状あるいは分布屈折率状のレンズ
９ａが、発光素子１及び受光素子２前面にくるように形
成されている。光コネクタ１０に保持された光ファイバ
の端面は透明部材９の表面に突き当てられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に使用され
る光トランシーバに関し、特に送信部と受信部とが同一
基板上に近接して配置された構造の光トランシーバであ
って、その送・受信部間の電気的／光学的クロストーク
を抑制する構造を有する光トランシーバに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の送・受信部を同一基板上
に実装してなる光トランシーバの構成を示す平面図であ
る。図３に示されるように、基板５上に発光素子１およ
び受光素子２が搭載され、それらを分けるように金属製
の遮蔽板７が設けられている。発光素子および受光素子
の前方には、光結合用の短尺の光ファイバ１５が埋め込
まれた、高精度に加工された樹脂製のフェルール１４
が、基板５と高精度に位置決めされて配置されており、
これにより発光素子および受光素子と短尺の光ファイバ
１５とが高精度に位置決めされる構造となっている。

【０００３】さらにフェルール１４には、光ファイバ１
１を保持する光コネクタ１０が装着されるが、ここで光
コネクタ１０には嵌合穴１０ａが、フェルール１４には
嵌合穴１０ａに嵌合する位置決め用の突起１４ａが設け
られており、これにより、光コネクタ１０をフェルール
に装着した際に、短尺の光ファイバ１５と光コネクタ１
０に保持された光ファイバ１１の端面同士が自動的に位
置決めされるようになっている。

【０００４】この種の光トランシーバでは、光ファイバ
と光半導体素子の光結合効率を犠牲にすることなく、送
・受信部間の電気的、光学的クロストークを抑制するこ
とが受信感度を向上する上で重要な要素の一つとなって
おり、基板上にＣｕ、Ｆｅ等の金属製の遮蔽板７を設
け、送信側で発生した電磁波が受信側に回り込まないよ
うにすると共に、発光部（ＬＤ）から出射した光のうち
光ファイバ１５に結合せず、内部で反射して生じた迷光
を遮断する構造となっている。また、通常フェルール１
４は黒色顔料などの光を吸収する添加剤を含有する遮光
性のある樹脂で作製されており、迷光のうち、出射方向
の迷光を遮断するため光ファイバ１５がフェルール１４
に埋め込まれ、光ファイバ部以外を遮光した構造となっ
ている。なお、この種の送信部と受信部とを同一基板上
に実装した光トランシーバは、例えば、電子情報通信学
会２０００年エレクトロニクスソサエティ大会、講演論
文集Ｃ−３−１４０に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の構
造では、短尺の光ファイバ１５が埋め込まれたフェルー
ル１４が樹脂となっており、発光、受光側端部が樹脂で
囲まれることとなり、端部に形成される電磁波伝播ルー
ト１６を介しての電磁波の回り込みを遮断する構成とは
なっていない。フェルール１４の材料を従来例の構造で
電磁シールド効果を持つ金属に変えた場合、短尺の光フ
ァイバ１５を埋め込む部分の穴は、光ファイバ径よりわ
ずかに大きく穴径および穴間のピッチを非常に高精度に
形成する必要がある。しかしながら、このような精密な
穴加工を金属部材に施すことは非常に困難であり、生産
性に劣るという欠点がある。

【０００６】またフェルール１４を電波吸収特性を有す
る樹脂で形成する方法もあるが、一般に電波吸収体は数
ＧＨｚより周波数が高くなると、周波数上昇に連れて電
磁波吸収効果が低減する傾向があり、１０Ｇｂｉｔ／ｓ
以上の高速の光トランシーバでは電磁シールド効果は低
い。またフェルール１４と光半導体素子が搭載された基
板５の間に、金属部材を挿入するという方法も考えられ
るが、フェルール１４に埋め込まれた光ファイバと光半
導体素子の間隔をあける必要があり、発光素子と短尺の
光ファイバ１５の光結合損失を犠牲にしてしまう問題が
ある。

【０００７】本発明の課題は、上述した従来技術の問題
点を解決することであって、その目的は、送・受信部を
同一基板上に構成した光トランシーバにおいて、送信側
で発生した電磁波および光が、送信部と受信部の光結合
部を通して、受信部側に回り込むことのないようにし
て、電気的および光学的クロストークの低減された光ト
ランシーバを提供できるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、発光素子を有する送信部と受光素
子を有する受信部とが同一基板上に実装され、発光素子
と受光素子とがそれぞれ光ファイバと光学的に結合され
ている光トランシーバにおいて、発光素子および受光素
子と前記光ファイバとの間には発光素子と光ファイバと
が対向した位置と受光素子と光ファイバとが対向した位
置とにそれぞれ開口が開設された導電性の板状部材と、
前記板状部材の前記開口を光ファイバ側から塞ぐ透光性
部材と、が配置されていることを特徴とする光トランシ
ーバ、が提供される。

【０００９】そして、好ましくは、前記透光性部材の前
記開口を塞ぐ領域にはレンズが形成される。また、好ま
しくは、前記板状部材の前記光ファイバ側の面には、前
記開口の形成された領域を含む領域に凹部が形成されて
おり、該凹部内に前記透光性部材が配置される。また、
一層好ましくは、前記光ファイバの端面は、前記透光性
部材に接触している。

【００１０】［作用]本発明による光トランシーバで
は、金属等により構成された導電性の板状部材をトラン
シーバの基板前面に配置することにより、基板に配置さ
れた送信素子からの電磁波や外来の電磁ノイズが基板前
面から受信側に回り込むのを防止している。すなわち、
接地された導電性部材によって受信部への電磁波伝播ル
ートを遮断し、これにより、受信部側に生じる電気的ク
ロストークを低減し、電磁ノイズによる電位変動を抑制
している。また、導電性の板状部材に形成されたピンホ
ール状の開口を介して光の送・受信が行われることによ
り、受信側に漏れ込む光が低減され、光学的なクロスト
ークも抑制することができる。また、板状部材に形成さ
れた穴の加工精度をラフにするために、直接、導電性板
状部材に光ファイバを配置しない構造とし、板状部材に
開設されたピンホール状の開口に光を透過させ、透明部
材と接触する光ファイバと光学的に結合するようにした
ため、光結合損失を可能な限り抑えながら、開口径や位
置精度をラフにして生産効率を上げることができる。す
なわち、本発明においては、導電性板状部材を金属で構
成する場合であっても、その金属部材の欠点をカバーす
る光結合方式が採用されている。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１（ａ）は、本発明の第
１の実施の形態を示す分解斜視図であり、図１（ｂ）、
第１の実施の形態の平面図である。図１に示すように、
送信部と受信部とが実装される基板５上には、電源配
線、接地配線（いずれも図示なし）および信号配線６が
敷設されている。そして、送信部には、発光素子１と送
信側ＬＳＩ３とが、また受信部には、受光素子２と受信
側ＬＳＩ４とが搭載されており、両者間は基板長手方向
全長に渡って延在し、グランド配線に接続された遮蔽板
７によって分離されている。そして、発光素子１、受光
素子２の前方には、信号光が透過する部分に、ピンホー
ル状の開口８ｃを有した板状金属部材８が配置される。
板状金属部材８の基板５と反対側の面には位置決め用の
突起８ａと、後述する透明部材を収容するための凹部８
ｂとが形成されている。この板状金属部材８は図外グラ
ンド部材により接地されている。

【００１２】光学的に透明な材料からなる透明部材９
は、板状金属部材８の凹部８ｂ内に、接着剤で接着する
ことによりあるいは透明部材９表面にメッキを施し半田
付けすることにより、固定する。また、透明部材９に
は、発光素子１および受光素子２側の面に凸球面状ある
いは分布屈折率状のレンズ９ａが形成されている。本実
施例の形態では、レンズ９ａの焦点距離は、発光素子１
から出射された光が光ファイバ１１の端面に集光するよ
うに設定されている。このようなレンズは、ガラス基板
に例えばフォトリソグラフィ法およびイオン交換法を適
用することにより形成することができる。レンズは透明
部材９の両面に形成するようにしてもよい。

【００１３】板状金属部材８の前方には光ファイバ１１
を保持する光コネクタ１０が装着される。光コネクタ１
０は、黒色顔料あるいは光吸収用の添加剤を含有した樹
脂を用いて光ファイバ１１を挟み込むようにしてこれと
一体的に成形されている。ここで、光ファイバ１１の基
板５側の端部は光コネクタ１０の側面より所定長（１０
μｍ程度）突出するようになされている。この光コネク
タ１０には、前述の板状金属部材８の位置決め用の突起
８ａに対応する位置に、その径より若干大きい径の嵌合
穴１０ａが形成されている。そして、板状金属部材８の
突起８ａを光コネクタ１０の嵌合穴１０ａに嵌合させれ
ば、透明部材９に伝送路となる光ファイバ１１端面が直
接接触するようになっている。

【００１４】次に、本実施の形態の動作について詳細に
説明する。一般に、受信用フォトダイオードにより光電
変換された電気信号は、数１０μＡ程度の非常に微弱な
信号である。それに対して送信用発光素子（レーザダイ
オード）には平均光出力で約２０ｍＡの電流が流れる。
これにより放射される電磁波は、発光部前面の空間を通
して受信側に回り込んで電気的クロストークを生じさせ
て受信波形を乱す原因となる。また外乱ノイズはそれば
かりでなく、通信を行う電気装置内部又は他の機器類か
ら強力な電界強度を持つ電磁ノイズが、光コネクタある
いは光伝送モジュールに対して輻射されると、受信信号
が誤動作して正しく読み取れない事態が発生する。

【００１５】本実施の形態では、光送信部のパルス駆動
により生じ、発光部前面の空間を通して受信側に回り込
む電磁波は、ＣｕやＦｅ等の金属で形成された、厚さ
０．３ｍｍ程度の板状金属部材８により遮蔽されるた
め、送信部および受信部間の電気的クロストークを抑え
ることが可能となる。板状金属部材８に設けられたピン
ホール状の開口８ｃは、光のビーム径程度（２００〜３
００μｍ）に小さくすることでピンホール状の開口を通
しての電磁ノイズは無視できる程度となる。この板状金
属部材８は図示しないグランド部材により接地されてい
るため、その電位レベルが安定している。また、一般に
発光素子１から出射された光で、光ファイバ１１に結合
しなかった光は迷光となって、受信部に回り込むことが
知られているが、板状金属部材８の受信部側にあるピン
ホール状の開口８ｃにより迷光を遮断することが可能と
なり、光によるクロストークも抑制することが可能とな
る。

【００１６】さらに、光コネクタ１０に搭載された光フ
ァイバ１１の端面は、光コネクタ１０の端部から約１０
μｍ程度突き出ているため、透明部材９に光ファイバ１
１端面が接触する構造となり、光ファイバ端面で生じる
フレネル反射を抑えることができ、光ファイバ端面で生
じた反射光が、発光素子に戻り変調特性が乱れることを
抑制できる。また伝送路内の他の反射点との多重反射を
抑えることが可能となる。板状金属部材８に、光コネク
タ１０の嵌合穴１０ａに嵌合する位置決め用の突起８ａ
を設けることで、光ファイバとレンズ光軸は光コネクタ
装着時に自動的に位置決めされる。この嵌合用突起（８
ａ）は、ミクロンオーダーの加工精度が必要となるが、
電鋳等の製造方法を用いることで容易に作製可能であ
る。そして、光コネクタと板状金属部材８は図示しない
ハウジングのバネにより押されて固定される。またレン
ズと突起の位置決めは、突起およびレンズに設けた位置
認識マークもしくはレンズ自身を画像認識することで任
意の位置に位置決め可能である。板状金属部材８と光送
受信素子が搭載された基板５とは、光をモニタしながら
位置決め固定されるが、板状金属部材８の基板側面およ
び基板に凹凸を設け、凹凸を嵌合させて位置決め固定す
る方法もある。

【００１７】図２は、本発明の第２の実施の形態を示す
平面図である。本実施の形態の第１の実施の形態と相違
する点は、板状金属部材８に代え、光吸収材が添加され
たガラス基板に金属メッキを施してなる金属被覆ガラス
部材１２が用いられている点と、平板状の透明部材９に
代え凸レンズと凹レンズとを備えたマイクロレンズペア
１３が用いられている点であって、基板５上の送・受信
部や光コネクタについては変わるところはない。マイク
ロレンズペア１３は、ガラス若しくは透明樹脂を用い例
えば成形法により形成することができる。本実施の形態
においても、金属被覆ガラス部材１２の金属被膜の厚さ
を一定以上に選定することにより、板状金属部材を用い
た場合と同様に、電気的および光学的なクロストークを
低減することができる。この金属被覆ガラス部材に代
え、セラミックス板や樹脂板に金属被覆を施したものを
用いてもよい。また、本実施の形態では、発光素子側に
凸レンズを、受光素子側に凹レンズを配置することによ
り、それぞれの光の結合損失を極力少なくなるようにし
ている。

【００１８】以上好ましい実施の形態について説明した
が、本発明は、これら実施の形態に限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内におい
て適宜の変更が可能なものである。例えば、上記実施の
形態では、光ファイバと発・受光素子間の光学的な結合
にレンズを用いていたが、この方式に代え、光ファイバ
をレンズ機能を有しない１００μｍ程度のガラス薄板あ
るいは透明樹脂薄板に突き当てるようにしてもよい。こ
の場合、発光素子と光ファイバは薄板ガラスを挟んでバ
ットジョイント（butt joint）で結合され、レーザダイ
オードを用いた場合、約１０ｄＢ程度の結合損失となる
が、製造コストを低減することができる。また、本発明
は、信号光が基板面に対し水平に入・出射される場合ば
かりでなく、光が基板面に垂直に入・出射される場合に
ついても適用が可能なものである。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光ト
ランシーバは、発光、受光素子部前面の光が透過する部
分にピンホール状の開口を有した導電性の板状部材を配
したものであるので、発光部前面の空間を通して受信側
に回り込む光送信部からの電磁波が遮蔽され、送信部お
よび受信部間の電気的クロストークを充分低く抑えるこ
とができる。さらに、板状部材に設けたピンホール状の
開口により迷光を遮断することで光のクロストークも抑
制する効果がある。また、板状部材に設けたピンホール
状の開口は、光ビームを遮断しない程度に大きく作製す
ればよく開口径精度、ピッチ精度はフェルールの場合の
ように厳格ではないため、板状部材の製作が容易で量産
性に優れた光トランシーバを提供することが可能にな
る。

【００２０】また、透明部材にレンズ機能を持たせるこ
とにより、良好な光結合特性を得ることが可能となる。
さらに、透明部材に、光ファイバを直接接触するように
することにより、光ファイバ端面で生じるフレネル反射
を抑え、光ファイバ端面で生じる反射光による光ノイズ
を抑制でき、伝送路内の他の反射点との多重反射を抑え
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の分解斜視図と平
面図。

【図２】本発明の第２の実施の形態の平面図。

【図３】従来例の平面図。

【符号の説明】

１発光素子２受光素子３送信側ＬＳＩ４受信側ＬＳＩ５基板６信号配線７遮蔽板８板状金属部材８ａ突起８ｂ凹部８ｃピンホール状の開口９透明部材９ａレンズ１０光コネクタ１０ａ嵌合穴１１光ファイバ１２金属被覆ガラス部材１３マイクロレンズペア１４フェルール１５短尺の光ファイバ１６電磁波伝播ルート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子を有する送信部と受光素子を有
する受信部とが同一基板上に実装され、発光素子と受光
素子とがそれぞれ光ファイバと光学的に結合されている
光トランシーバにおいて、発光素子および受光素子と前
記光ファイバとの間には発光素子と光ファイバとが対向
した位置と受光素子と光ファイバとが対向した位置とに
それぞれ開口が開設された導電性の板状部材と、前記板
状部材の前記開口を光ファイバ側から塞ぐ透光性部材
と、が配置されていることを特徴とする光トランシー
バ。
【請求項２】前記透光性部材は、樹脂薄板若しくはガ
ラス薄板であることを特徴とする請求項１に記載の光ト
ランシーバ。
【請求項３】前記透光性部材の前記開口を塞ぐ領域に
はレンズが形成されていることを特徴とする請求項１記
載の光トランシーバ。
【請求項４】前記透光性部材は、薄板状部材であって
その前記開口を塞ぐ領域の一方若しくは両方の面にはレ
ンズが形成されていることを特徴とする請求項１記載の
光トランシーバ。
【請求項５】前記透光性部材は、ガラスにより形成さ
れていることを特徴とする請求項３または４記載の光ト
ランシーバ。
【請求項６】前記レンズが、凸レンズであることを特
徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の光トランシー
バ。
【請求項７】前記レンズの焦点距離は、前記発光素子
を出射した光が前記光ファイバの端面に収束するように
設定されていることを特徴とする請求項６記載の光トラ
ンシーバ。
【請求項８】前記レンズは、前記発光素子側が凸レン
ズで受光素子側が凹レンズであることを特徴とする請求
項３記載の光トランシーバ。
【請求項９】前記板状部材の前記光ファイバ側の面に
は、前記開口の形成された領域を含む領域に凹部が形成
されており、該凹部内に前記透光性部材が配置されてい
ることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光
トランシーバ。
【請求項１０】前記板状部材の前記凹部の深さは、前
記透光性部材の厚さより小さいことを特徴とする請求項
９記載の光トランシーバ。
【請求項１１】前記光ファイバの端面は、前記透光性
部材に接触していることを特徴とする請求項１〜１０の
いずれかに記載の光トランシーバ。
【請求項１２】前記光ファイバは、光コネクタに保持
されており、かつ、前記光ファイバの板状部材側の端部
は、前記光コネクタの側面より所定長突出していること
を特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の光トラ
ンシーバ。
【請求項１３】前記板状部材には、その光ファイバ側
に、前記光ファイバを保持する光コネクタに形成された
嵌合穴に嵌合する突起が形成されていることを特徴とす
る請求項１〜１２のいずれかに記載の光トランシーバ。
【請求項１４】前記板状部材は、金属により形成され
ていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記
載の光トランシーバ。
【請求項１５】前記板状部材は、絶縁性部材上に金属
被膜を形成したものであることを特徴とする請求項１〜
１３のいずれかに記載の光トランシーバ。
【請求項１６】前記板状部材が接地されていることを
特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の光トラン
シーバ。