JP2003098389A - 光通信デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数チャンネルの通信ができる小型化された
光通信デバイスを提供する。 【解決手段】 複数の光素子２７とＩＣチップ２５，１
３４とを収容するハウジング１内に多芯フラット光ファ
イバ２の一端を挿入し、ハウジング１内の上部には多芯
フラット光ファイバ２に臨ませた光素子２７及びその光
素子２７に直接接続されるＩＣチップ２５を実装した光
学系基板１３１を配置し、ハウジング１内の下部には光
素子２７に直接接続されないＩＣチップ１３４を実装し
た電気系基板１３２を配置し、この電気系基板１３２と
光学系基板１３１との間をフレキシブル基板１３３で連
絡させた。同じ底面積が２倍に利用でき、小型化が達成
される。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ、光素
子、電気素子を複合してなる光通信デバイスに係り、特
に、複数チャンネルの通信ができる小型化された光通信
デバイスに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】光通信においては、光ファイバ伝送路に
おける光信号と通信処理装置における電気信号とを相互
に変換する光送信器及び光受信器が必要になる。光送信
器と光受信器とを一体に構成したものを光トランシーバ
と呼ぶ。ここでは、光送信器、光受信器、光トランシー
バを総称して光通信デバイスと呼ぶことにする。 【０００３】一般に、光トランシーバは、図８に示され
るように、電気信号により発光モジュールを駆動して光
信号を出力する１つの送信部１０１と、光信号を受光モ
ジュールで電気信号に変換して増幅する１つの受信部１
０２とを一体化したものである。 【０００４】光トランシーバは、通信処理を行う回路基
板に部品として搭載される。さらに、その回路基板が通
信処理装置の筐体に収容される。 【０００５】従来の光トランシーバは、図９（ａ）に示
されるように、単体の光素子１１１をパッケージ１１２
に収容しそのパッケージ１１２にリード１１３を取り付
けて光素子モジュール１１８を構成し、その光素子モジ
ュール１１８を図９（ｂ）に示されるように、光トラン
シーバ内の基板１１９に取り付けた形態で利用されてい
る。１１４は光素子に集光するレンズ、１１５は光素子
を固定するマウントベース、１１６は光素子をリードに
繋ぐワイヤボンディングである。パッケージ１１２に挿
入された光ファイバ１１７は光ファイバ一体型の場合を
示している。また、１０９は光トランシーバ基板の配線
パターン、１０８は電気信号を処理するＩＣモジュール
である。ＩＣモジュール１０８の中には、図９（ｃ）に
示されるように、ＩＣチップ１０７が収容され、そのＩ
Ｃチップ１０７はワイヤボンディング１０６を介してリ
ード１０５に接続されている。 【０００６】また、光素子モジュール１１８に伝送路の
光ファイバを結合させるために、図１０に示されるよう
に、光トランシーバ１２１のハウジング１２２には光フ
ァイバのコネクタを差し込むレセプタクル１２３が形成
される。このような形態の光トランシーバ１２１をレセ
プタクル型という。このレセプタクル１２３の端面が回
路基板の端部に位置するように光トランシーバ１２１を
回路基板に配置、実装し、さらに、レセプタクル１２３
の端面が通信処理装置の筐体の正面パネルから開口する
ように回路基板を配置することになる。ただし、レセプ
タクルを用いず、光素子モジュールに直接結合させた光
ファイバ１１７を光トランシーバから伸ばし出し、その
光ファイバ１１７にコネクタを取り付けるようにしたピ
ッグテイル型も実現可能である。 【０００７】光トランシーバ１２１を回路基板に電気的
に接続かつ機械的に固定する方法としては、光トランシ
ーバ１２１のハウジング１２２から出したリード１２４
を回路基板に半田付けする方法がある。また、ピッグテ
イル型の場合、光トランシーバのハウジングと相手の回
路基板とに雌雄のコネクタを実装しておき、このコネク
タを嵌合させる方法でもよい。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】従来の光トランシーバ
は、送信部及び受信部を１つずつしか持たない。従っ
て、多チャンネルの通信を処理するためには、多数の光
トランシーバを使用することになる。多数の光トランシ
ーバをスペースの限られた通信処理装置に収容するには
光トランシーバを小型化する必要がある。しかし、従来
技術では光トランシーバの小型化には限界があった。 【０００９】例えば、レセプタクル型の端面は２本のコ
ネクタを差し込む必要から幅約１３ｍｍとするのが現在
の最小限界であり、これによって光トランシーバを回路
基板の端部に並べる個数が制限されてしまう。仮に、コ
ネクタの小型化技術によってレセプタクルが現在より小
型化されたとしても、ピッグテイル型に近付くほどの大
幅な幅の縮小は望めない。また、ピッグテイル型を採用
したとしても、光素子モジュールの実装密度に限界があ
るので、光トランシーバはあまり小さくできず、光トラ
ンシーバを並べる個数が制限されてしまう。 【００１０】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、複数チャンネルの通信ができる小型化された光通信
デバイスを提供することにある。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、複数の光素子とＩＣチップとを収容するハ
ウジング内に多芯フラット光ファイバの一端を挿入し、
ハウジング内の上部には前記多芯フラット光ファイバに
臨ませた光素子及びその光素子に直接接続されるＩＣチ
ップを実装した光学系基板を配置し、ハウジング内の下
部には前記光素子に直接接続されないＩＣチップを実装
した電気系基板を配置し、この電気系基板と前記光学系
基板との間をフレキシブル基板で連絡させたものであ
る。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。 【００１３】図１に示されるように、本発明に係る光通
信デバイスは、複数の光素子及びＩＣチップを収容した
ハウジング１内に多芯フラット光ファイバ（テープファ
イバとも言う）２の一端を挿入し、この多芯フラット光
ファイバ２の反対端に多芯一括光コネクタ３を取り付け
たピッグテイル型の光通信デバイスである。ハウジング
１内では多芯フラット光ファイバ２の各芯の光ファイバ
に臨ませて各光素子が配置されている。 【００１４】ここでは、多芯フラット光ファイバ２に
は、シングルモードファイバφ０．２５ｍｍ×８本を
０．２５ｍｍピッチで平行に並べた８芯フラット光ファ
イバを使用している。この８芯フラット光ファイバ２の
一端がハウジング１内に挿入され、ハウジング１内に固
定されている。８芯フラット光ファイバ２の反対端には
８芯一括光コネクタ３が取り付けられている。 【００１５】ハウジング１は、金属製（アルミ）で略直
方体状に形成されている。このハウジング１の多芯フラ
ット光ファイバ挿入端の反対端には、光通信デバイスを
ホスト回路基板から取り外すときに傾倒させるリリース
部材４が設けられている。 【００１６】ハウジング１の内部には底部に臨ませて接
続用コネクタ５が収容されている。この接続用コネクタ
５は、ＩＣチップからの信号をハウジング外のホスト回
路基板６へ取り出すと共に、光通信デバイスをホスト回
路基板６に固定するためのもので、接続用コネクタ５が
雌であればホスト回路基板６上の相手側コネクタ７が雄
である。接続用コネクタ５と相手側コネクタ７との雌雄
は逆でもよい。 【００１７】図２に示されるように、本発明に係る光通
信デバイスは、略直方体状に形成されたハウジング１内
の上部に光学系基板１３１を配置し、ハウジング１内の
下部に電気系基板１３２を配置し、この電気系基板１３
２と光学系基板１３１との間を曲線的に曲げたフレキシ
ブル基板１３３で連絡したものである。光学系基板１３
１は、多芯フラット光ファイバ２に臨ませた光素子２７
及びその光素子２７に直接接続されるＩＣチップ２５を
実装したものである。電気系基板１３２は、光素子２７
に直接接続されないＩＣチップ１３４を実装したもので
ある。フレキシブル基板１３３と各基板１３１，１３２
との連絡は、基板１３１，１３２に実装したフレキシブ
ル基板接続用コネクタにフレキシブル基板１３３のエッ
ジを挿入してもよいし、フレキシブル基板１３３上に各
基板１３１，１３２を実装してもよい。なお、ハウジン
グ１の表面に多数の凹凸（図示せず）を形成して放熱を
図るとよい。 【００１８】光学系基板１３１には、表面に配線パター
ンが形成されていると共に光素子用基板（シリコン基
板）２４とＩＣチップ２５とが搭載されている。また、
電気系基板１３２には、表面に配線パターンが形成され
ていると共に１乃至複数のＩＣチップ１３４が搭載され
ている。電気系基板１３２の裏面に接続用コネクタ５が
取り付けられている。 【００１９】ハウジング１の底面には相手側コネクタ７
を挿入する入口２６が形成されている。接続用コネクタ
５の下端が入口２６とほぼ同じ高さに位置することによ
り、接続用コネクタ５を相手側コネクタ７に嵌合させた
とき、ハウジング１の底面がホスト回路基板６にほぼ接
することになる。 【００２０】光素子用基板２４上には複数の光素子２７
が一直線上に並べて搭載されている。これら光素子２７
とＩＣチップ２５とがワイヤボンディング２８で接続さ
れている。また、光素子用基板２４上に多芯フラット光
ファイバ２の先端が載せて固定されている。 【００２１】ハウジング１内上部には、多芯フラット光
ファイバ２の挿入端に臨ませて光素子２７が配置され、
これら光素子２７の背後側にＩＣチップ２５が配置さ
れ、さらにそのＩＣチップ２５の後方にフレキシブル基
板１３３が配置されていることになる。 【００２２】図３に示されるように、本発明に係る光通
信デバイスの内部では、光素子用基板２４に、８個の光
素子２７が実装可能な最小ピッチ０．５ｍｍで一列に並
べられている（この図では簡略化して３個だけ示し
た）。この光素子用基板２４には、予め光素子２７の配
列ピッチと同じピッチ０．５ｍｍでＶ溝３１が形成され
ている。各Ｖ溝３１に沿わせて１本ずつ光ファイバ３２
が載せてあり、各々の光ファイバ３２が接着により光素
子用基板２４に固定されている。 【００２３】各光素子２７とＩＣチップ２５の各端子と
がワイヤボンディング２８で接続されている。また、光
学系基板１３１の表面には予め配線パターン３３が形成
されており、この配線パターン３３はフレキシブル基板
１３３を介して電気系基板１３２のＩＣチップ１３４に
繋がっている。そして、ＩＣチップ２５の各端子と各配
線パターン３３とがワイヤボンディング３４で接続され
ている。 【００２４】尚、これまで光素子２７を発光素子とも受
光素子とも限定しなかったが、８個の光素子２７を全て
発光素子とし、ＩＣチップ２５を８回路ドライバとする
ことにより、この光通信デバイスは８チャンネル用光送
信器となり、８個の光素子２７を全て受光素子とし、Ｉ
Ｃチップ２５を８回路増幅器とすることにより、この光
通信デバイスは８チャンネル用光受信器となる。また、
発光素子と受光素子とを複合して使用し、ドライバのＩ
Ｃチップと増幅器のＩＣチップとを搭載することによ
り、４チャンネル送受信を行う光トランシーバを形成し
てもよい。 【００２５】また、チャンネル数を８としたのは、通信
処理装置を構成するコンピュータが８を単位とする慣例
に合わせたものであり、他の数であってもよいことは言
うまでもない。 【００２６】図１〜図３に示した本発明の光通信デバイ
スは、ピッグテイル型とし、単体の光素子２７やＩＣチ
ップ２５を使用したので、１回路当たりの占有スペース
が小さくできる。また、各芯の光ファイバ３２に臨ませ
て光素子２７を配置すると共にその光素子２７の背後側
にＩＣチップ２５を配置したので、幅の狭い光通信デバ
イスが形成され、ホスト回路基板６上への密集配置が可
能となる。また、光素子２７からＩＣチップ２５までワ
イヤボンディング２８で接続したので、接合箇所が少な
く信頼性が高くなると共に、光通信デバイス内での伝送
距離が短くなり、外部に対してはもとより、光通信デバ
イス内部相互間でも不要輻射が出にくく、受けにくくな
る。さらに、本発明では、光通信デバイス内部の基板を
光学系基板１３１と電気系基板１３２とに分割形成して
フレキシブル基板１３３で繋いで２つ折にして配置した
ので、同じ底面積が２倍に利用でき、より小型化が達成
される。 【００２７】この結果、従来の１チャンネル送受信を行
うレセプタクル型光トランシーバとほぼ同サイズ（端面
幅約１３ｍｍ）で、８チャンネルの光送信器又は光受信
器或いは４チャンネル送受信を行う光トランシーバを実
現できる。 【００２８】次に、光素子の配置について説明する。 【００２９】図４（ａ）に示した配置では、光素子用基
板２４に各々単体の光素子２７が８個一列に等間隔で並
べてある。８芯フラット光ファイバ２の各芯を構成する
光ファイバ３２が光素子２７と同じピッチで並べてあ
り、各光素子２７と一対一で光結合されている。 【００３０】図４（ｂ）に示した配置では、２個に分割
された光素子用基板４１，４１に、４個の光素子を一列
に並べて一体化した４素子アレイ４２が各々搭載されて
いる。このように、４素子アレイ４２を２個並べること
によって、光素子が８個一列に並べてある。 【００３１】８素子アレイ等の多数素子の複合体を用い
ると、マウント工数が節減できるが、素子１つが不良で
もアレイを交換しなければならないので、歩留まりが悪
い。一方、単体の光素子２７を複数用いると、不良のと
きはその光素子２７のみ交換すればよいので、歩留まり
が向上するが、単体の光素子２７を一つ一つ位置合わせ
してマウントするのは工数がかかる。４素子アレイ４２
等の小数素子の複合体を用いると、そのうちの１個の素
子が不良となる確率が多数素子複合体よりも低いため、
あまり歩留まりが落ちることなく、しかも、マウント工
数が節減されるので、総合的にはコスト削減を図ること
ができる。尚、単体の光素子２７を使用した図４（ａ）
の形態と４素子アレイ４２を使用した図４（ｂ）の形態
とのいずれがコスト的に優れているかは、各部品の単価
や歩留まり率、マウント工数及び単価などの数量を比較
して判断することになる。 【００３２】本発明の光通信デバイスの回路図は、図５
（ａ）又は図５（ｂ）のようになる。図５（ａ）に示し
た回路では、８個の光素子２７が全て発光素子、例え
ば、ＬＤ（レーザダイオード）５１であり、ＩＣチップ
２５は８回路の駆動回路アレイ５２である。これによ
り、８チャンネルの光送信器が実現される。 【００３３】図５（ｂ）に示した回路では、８個の光素
子２７が全て受光素子、例えば、ＰＤ（フォトダイオー
ド）５３であり、ＩＣチップ２５は８回路の増幅回路ア
レイ５４である。これにより、８チャンネルの光受信器
が実現される。 【００３４】図５（ａ）や図５（ｂ）の光通信デバイス
は、光素子や回路の機能が統一されているので、必要な
複数の回路を１つのＩＣチップ２５で実現することがで
きる。これにより、ハウジング内に収容する部品点数が
削減され、小型化及びコスト削減につながる。 【００３５】ＩＣチップ２５からフレキシブル基板１３
３を介して電気系基板１３２に信号を送受する伝送線、
或いはＩＣチップ１３４接続用コネクタ５を介して光ホ
スト回路基板６に信号を送受する伝送線は、１信号につ
いて２本配線されている。そして、一方の伝送線の信号
論理を他方の伝送線の信号論理と反転させて伝送するよ
うになっている。図６（ａ）には光送信器の例を示し
た。 【００３６】図示のように、フレキシブル基板１３３上
の隣接する２つのコネクタ端子６１，６２より信号「デ
ータ」と信号「データバー」とが１つの駆動回路６３の
ために入力される。配線パターンの形状は図示しない
が、この信号「データ」の配線パターンと信号「データ
バー」の配線パターンとは、互いに近接かつ隣接し、好
ましくは平行に設けてある。駆動回路６３は、信号「デ
ータ」が０、信号「データバー」が１のときのみＬＤ５
１を発光させ、それ以外の論理ではＬＤ５１を発光させ
ない。電気系基板１３２からの信号「データ」及び「デ
ータバー」は、図６（ｂ）のように常に逆の論理であ
る。 【００３７】図示しない光受信器の場合は、ＰＤ出力が
増幅回路に入力され、増幅回路から正逆論理の信号「デ
ータ」「データバー」が出力される。そして、この信号
「データ」の配線パターンと信号「データバー」の配線
パターンとは、互いに近接かつ隣接し、好ましくは平行
に設けられ、フレキシブル基板１３３上の隣接する２つ
のコネクタ端子に繋がる。 【００３８】このように、信号伝送線を１信号について
２本配線し、論理を互いに反転させて伝送するので、両
線からの輻射ノイズは、一方が正なら他方が負となり、
少し離れた輻射空間においては互いに相殺される。これ
により、他の信号伝送線とのクロストークが解消され
る。 【００３９】次に、本発明の光通信デバイスを通信処理
装置に利用する形態を説明する。 【００４０】図７（ａ）に示されるように、ホスト回路
基板６は、片端にバックボードコネクタ７１を有するス
ロット差し込み式の基板である。このホスト回路基板６
には複数の相手側コネクタ７が実装されており、それぞ
れの相手側コネクタ７に光通信デバイス７２を装着する
ことができる。図に示した光通信デバイス７２の配置形
態は、互いにハウジング１の長手方向を平行にし、ホス
ト回路基板６の自由端寄りに一列ないし複数列に並べた
ものである。ハウジング１は多芯フラット光ファイバ２
の挿入端がバックボードコネクタ７１に向けてあり、こ
れより延出された多芯フラット光ファイバ２の反対端の
多芯一括光コネクタ３はバックボードコネクタ７１に挿
入されている。バックボードコネクタ７１と光通信デバ
イス７２との間には通信処理回路が搭載されている。 【００４１】各光通信デバイス７２は、これまで説明し
た８チャンネル光送信器又は光受信器であり、従来の１
チャンネル光トランシーバとほぼ同一サイズなので、ホ
スト回路基板６が同一面積であれば従来に比べて４倍の
チャンネルを載せることができる。 【００４２】図７（ｂ）に示されるように、通信処理装
置７３は、複数の基板を差し込むことのできる多段スロ
ット７４を有し、複数のホスト回路基板６を装着するこ
とができる。勿論、１枚のホスト回路基板６からなる通
信処理装置を構成してもよい。この通信処理装置７３の
裏側より図示しない他の通信処理装置への光ファイバケ
ーブル７５を配線する。これにより、他の通信処理装置
との間で多チャンネル光通信が可能となる。 【００４３】図７（ｃ）は、バックボードコネクタ７１
に対する１つの光通信デバイス７２からの多芯フラット
光ファイバ２と、通信処理装置７３の裏側より配線する
光ファイバケーブル７５との接続関係の一例を示したも
のである。多芯フラット光ファイバ２には、第一チャン
ネルｃｈ１から第ＮチャンネルｃｈＮまでの光伝送路が
含まれている。これに対し、光ファイバケーブル７５
は、各チャンネルがそれぞれ独立しており、複数の通信
相手７６へと配線されている。このように、１つの光通
信デバイス７２における各チャンネルは、１つ１つ独立
して任意の通信処理装置に配線することができる。従っ
て、通信相手７６となる各通信処理装置において必要な
チャンネル数がまちまちである場合に、任意の光通信デ
バイス７２の任意のチャンネルを通信相手７６となる任
意の通信処理装置に割り当てることが可能となる。これ
により、例えば、ＬＡＮのホスト装置に対して多数の端
末や中継装置や他のホスト装置からの光ファイバケーブ
ルを配線することが容易になる。 【００４４】 【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。 【００４５】（１）多芯フラット光ファイバを挿入した
ピッグテイル型とし、ハウジング内の上部に主として光
素子を実装した光学系基板を配置し、ハウジング内の下
部にはＩＣ部品を実装した電気系基板を配置したので、
幅方向の集積度が高まるだけでなく、同じ底面積が２倍
に利用でき、光通信デバイスの小型化が達成される。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施形態を示す光通信デバイスの外
観図である。 【図２】本発明の一実施形態を示す光通信デバイスの断
面図である。 【図３】本発明の一実施形態を示す光通信デバイスの内
部構造図である。 【図４】本発明の実施形態を示す光素子の配置図であ
る。 【図５】本発明の実施形態を示す光通信デバイスの回路
図である。 【図６】本発明の一実施形態を示す光通信デバイスにお
ける、（ａ）１チャンネル分の回路図、（ｂ）信号波形
図である。 【図７】本発明の一実施形態を示す通信処理装置におけ
る、（ａ）ホスト回路基板の構成図、（ｂ）ホスト回路
基板の取り付け図、（ｃ）チャンネル分配図である。 【図８】従来の光トランシーバの回路図である。 【図９】従来の光トランシーバにおける、（ａ）光素子
モジュールの内部構造図、（ｂ）光トランシーバ基板の
実体配置図、（ｃ）ＩＣモジュールの内部構造図であ
る。 【図１０】従来の光トランシーバの外観図である。 【符号の説明】 １ ハウジング ２ 多芯フラット光ファイバ ５ 接続用コネクタ ６ ホスト回路基板 ７ 相手側コネクタ ２４ 光素子用基板 ２５ ＩＣチップ ２７ 光素子 ３２ 光ファイバ １３１ 光学系基板 １３２ 電気系基板 １３３ フレキシブル基板 １３４ ＩＣチップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝淵 憲司 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 高橋 龍太 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 田村 健一 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA01 BA11 BA35 CA04 DA03 DA04 DA06

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の光素子とＩＣチップとを収容する
   ハウジング内に多芯フラット光ファイバの一端を挿入
   し、ハウジング内の上部には前記多芯フラット光ファイ
   バに臨ませた光素子及びその光素子に直接接続されるＩ
   Ｃチップを実装した光学系基板を配置し、ハウジング内
   の下部には前記光素子に直接接続されないＩＣチップを
   実装した電気系基板を配置し、この電気系基板と前記光
   学系基板との間をフレキシブル基板で連絡させたことを
   特徴とする光通信デバイス。