JP2007115975A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】経済的で生産性に優れ、かつ性能の良好な光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュールは、発光素子２２が設けられた第１のキャン２３と、受光素子３２が設けられた第２のキャン３３と、発光素子２２および受光素子３２と光結合する光ファイバー１２と、第１、第２のキャン２３，３３および光ファイバー１２を固定保持する一体構造の筐体２とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は光モジュールに関し、特に光モジュールの筐体の構造に関する。

近年のブロードバンドの普及に伴い、光ファイバーで加入者と局舎との間の高速通信をおこなうＦＴＴＨ（Fiber To The Home）がインターネット接続方式として注目されている。光ファイバーを利用した光通信においては、各加入者と局舎の双方に光トランシーバモジュールが設置される。光トランシーバモジュールは、光モジュールと電気モジュールとを有している。光モジュールは、各加入者または局舎から情報を送信するための発光素子と、情報を受信するための受光素子と、これらの素子と光結合する光ファイバーとを備えている。光ファイバーの一端は光モジュールの筐体に固定保持され、他端は光コネクタを介してさらに別の光ファイバーに接続されている。このようなタイプの光モジュールはピグテール型光モジュールと呼ばれる。また、光モジュールの筐体に対して光ファイバーが着脱可能に取り付けられる方式のものもあり、レセプタクル型光モジュールと呼ばれる。電気モジュールは、発光素子や受光素子への制御信号を供給する。

光モジュールでは、送信波長と受信波長とを異ならせ、１本の光ファイバーで同時に送受信をおこなう方式が知られている。一例では、送信波長は１３００ｎｍ、受信波長は１５００ｎｍである。このような双方向（ＢＩＤＩ、bi-directional）通信をおこなう光アセンブリは、ＢＯＳＡ(Bi-directional Optical Sub-assembly）とも呼ばれ、広く使われている（例えば、特許文献１参照）。図７，８には従来技術のピグテール型光アセンブリの一例を示す。図７は、従来技術のピグテール型光アセンブリの断面図である。図８は、図７に示すピグテール型光アセンブリの分解図である。

光アセンブリ１０１は、開口１０３，１０４，１０５を備えた略直方体の筐体１０２を有している。開口１０３にはフェルールカラー１１１を介して光ファイバー１１２の先端が固定されたフェルール１１３が挿入されている。開口１０３の反対面にある開口１０４には、金属スリーブ１２１を介して、発光素子１２２を備えた第１のキャン１２３が設けられている。第１のキャン１２３の先端部には第１のレンズ１２４が保持されている。同様に、開口１０３のある面と隣接する面に設けられた開口１０５には、金属スリーブ１３１を介して、受光素子１３２を備えた第２のキャン１３３が設けられている。第２のキャン１３３の先端部には第２のレンズ１３４が保持されている。筐体１０２の内部には、第１のフィルタ１４１がフィルタ固定部材１４２に保持されて、第２のフィルタ１４３がフィルタ固定部材１４４に保持されて、各々設けられている。フィルタ固定部材１４２，１４４は筐体１０２とは別の部品として製作され、組み立て時に第１、第２のフィルタ１４１，１４３とともに筐体１０２または第２のキャン１３３に取り付けられる。

図７を参照すると、情報を送信するときは、発光素子１２２から所定の送信波長をもった光が出射され、第１のレンズ１２４を通過後、第１のフィルタ１４１に入射する。第１のフィルタ１４１は所定の送信波長の光に対する透過性が最大となるように設計されているため、所定の送信波長をもった光は第１のフィルタ１４１を透過し、光ファイバー１１２の先端部に入射する。ただし、すべての光が第１のフィルタ１４１を透過するわけではなく、一部の光は第１のフィルタ１４１で屈折し、フィルタ固定部材１４２に向かい、フィルタ固定部材１４２で反射され、受光素子１３２に向かう。このような光は迷光と呼ばれるが、迷光は受信ノイズのもととなり好ましくない。そのため、第２のフィルタ１４３は所定の受信波長の光に対する透過性が最大となるように設計されている。受信波長とは異なる送信波長をもった光の多くは反射され、受光素子１３２への入射が制限される。

情報を受信するときは、光ファイバー１１２の先端から所定の受信波長をもった光が出射され、第１のフィルタ１４１に入射する。第１のフィルタ１４１は所定の送信波長の光に対する透過性が最大となるように設計されているため、すなわち所定の受信波長をもった光に対する透過性は小さいため、入射した光は第１のフィルタ１４１で屈折し、受光素子１３２に向かう。一方、第２のフィルタ１４３は所定の受信波長の光に対する透過性が最大となるように設計されているため、屈折した光の多くは第２のフィルタ１４３を透過し、第２のレンズ１３４を通過後、受光素子１３２に入射する。
特開平６−１６０６７４号公報

このような構成の従来技術の光モジュールは、筐体にフィルタを装着する際に、フィルタ固定部材の筐体への取付けを必要とする。フィルタ固定部材の発光素子または受光素子の光軸に対する取付け角度の精度は、光モジュールの性能上極めて重要であることから、取付けには多大な手間がかかる。また、必要な取付け精度を得るためには、フィルタ固定部材およびそれが取り付けられる筐体の取付け面にも高い加工精度が要求される。フィルタ固定部材には光を透過させる開口が設けられ、複雑な形状となるため、加工の手間もかかる。これらはまた、製品コストの上昇にもつながる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、経済的で生産性に優れ、かつ性能の良好な光モジュールを提供することを目的とする。

本発明の一実施態様によれば、光モジュールは、発光素子が設けられた第１のキャンと、受光素子が設けられた第２のキャンと、発光素子および受光素子と光結合する光ファイバーと、第１、第２のキャンおよび光ファイバーを固定保持する一体構造の筐体とを有している。筐体は、光ファイバーを筐体に取付けるためのフェルールカラーが一体に形成されていてもよい。

本発明の別の実施態様によれば、光モジュールは、発光素子が設けられた第１のキャンと、受光素子が設けられた第２のキャンと、光ファイバーの一端を固定保持する光コネクタが、発光素子および受光素子が光ファイバーと光結合するように取り付けられるようにされたレセプタクル部を備えるとともに、第１、第２のキャンを固定保持する一体構造の筐体とを有している。

このため、光モジュールの構成部品の点数が削減され、製造工程の簡略化やコスト低減に有効である。光モジュールは、内部に多くの構成部品が組み込まれており、しかもこれらの部品は高い製作精度と筐体への取付け精度が要求されていたため、筐体を一体化するメリットは大きい。

本発明のさらに別の実施態様によれば、第１のキャンは、発光素子の光軸が光ファイバーの光軸と略同一直線上となるように筐体に取付け、第２のキャンは、受光素子の光軸が発光素子の光軸と略直交するように取付けることができる。光モジュールはさらに、発光素子と光ファイバーとの間に、発光素子の光軸および受光素子の光軸の各々と略４５度の角度をなして設けられ、発光素子から出射する光を光ファイバーに向けて主に透過させ、光ファイバーから出射する光を受光素子に向けて主に屈折させる第１のフィルタと、第１のフィルタと受光素子との間に設けられた第２のフィルタであって、発光素子から出射して第２のフィルタに入射する光を主に反射させ、光ファイバーから出射し第１のフィルタで屈折して第２のフィルタに入射する光を受光素子に向けて主に透過させる第２のフィルタとを有している。この場合、筐体は、第１および第２のフィルタの少なくともいずれか一方の支持部が一体に形成されていてもよい。

さらに、光モジュールは、発光素子と第１のフィルタとの間、または光ファイバーと第１のフィルタとの間に、発光素子に向かう光を遮断する光アイソレータを有し、筐体は、光アイソレータの支持部が一体に形成されていてもよい。

筐体の外面の少なくとも一部には溝が形成されていてもよい。

筐体は金属射出成形で製作することができる。

筐体の外面の少なくとも一部は面取りされていてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、経済的で生産性に優れ、かつ性能の良好な光モジュールを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の光モジュールの実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光モジュールの分解断面図である。図２は、光モジュールを構成する筐体の外形図および断面図である。同図（ａ）は、後述する第２のキャン側から見た斜視図を、同図（ｂ）は、同図（ａ）中ｂ−ｂ線に沿った断面図を、同図（ｃ）は、第２のキャン側から同図（ａ）と異なる方向で見た斜視図を示す。また、以降の各図において、白抜き矢印は光ファイバー、第１、第２のキャンが取り付けられる方向を示し、各々Ｆ，ＬＤ，ＰＤで表記している。図１と２は段差部８の位置が逆になっているが、これは光アイソレータ（後述）の設置位置として２つのパターンがあるためであり、勿論一致していてもよい。詳細は後述する。本発明は筐体の構造に特徴があり、筐体と、光ファイバー、第１，第２のキャンとの接続形態や、フィルタの配置などは図７，８に示す従来技術と同様であるが、以下に概略を説明する。

図１を参照すると、光モジュール１は、レーザーダイオード等からなる発光素子２２が設けられた第１のキャン２３と、フォトダイオード等からなる受光素子３２が設けられた第２のキャン３３と、発光素子２２および受光素子３２と光結合する光ファイバー１２とを有している。筐体２は金属射出成形で製作されたほぼ直方体形状ステンレススチールなどの材料で作られる。開口３には、フェルールカラー１１を介して、光ファイバー１２を保持したフェルール１３が挿入されている。開口３と対向する面に設けられた開口４には、金属スリーブ２１を介して、第１のキャン２３が挿入されている。第１のキャン２３は、発光素子２２の光軸が光ファイバー１２の光軸と略同一直線上となるように筐体２に取り付けられている。第１のキャン２３の先端部には、第１のレンズ２４が、発光素子２２および光ファイバー１２の光軸上に位置するよう保持されている。開口３，４と隣接する面に設けられた開口５には、金属スリーブ３１を介して、第２のキャン３３が挿入されている。第２のキャン３３は、受光素子３２の光軸が発光素子２２の光軸と略直交するように取り付けられている。第２のキャン３３の先端部には、第２のレンズ３４が、受光素子３２の光軸上に位置するよう保持されている。ここで光軸とは、光ファイバー１２の場合は、光ファイバー１２が先端部付近において延びる方向と平行な軸であり、発光素子２２の場合は、出射光の光量が最大となる方向と平行な軸であり、受光素子３２の場合は、受光する光量が最大となる方向と平行な軸である。

発光素子２２と光ファイバー１２との間には、第１のフィルタ４１が設けられている。第１のフィルタ４１は、発光素子２２の光軸および受光素子３２の光軸の各々と略４５度の角度をなして設けられている。第１のフィルタ４１は、発光素子２２から出射する光を光ファイバー１２に向けて主に透過させ、光ファイバー１２から出射する光を受光素子３２に向けて主に屈折させる。

第１のフィルタ４１と受光素子３２との間には第２のフィルタ４３が設けられている。第２のフィルタ４３は、発光素子２２から出射して第２のフィルタ４３に入射する一部の光を主に反射させ、光ファイバー１２から出射し第１のフィルタ４１で屈折して第２のフィルタ４３に入射する光を受光素子３２に向けて主に透過させる。

図２を参照すると、フィルタ支持部７が、筐体２の底面６上に筐体２と一体に形成されている。フィルタ支持部７の上面７１はほぼ平坦であり、受光素子３２の光軸との交点付近には斜面７２が形成されている。斜面７２の反対側の面は底面６とほぼ直交する側壁７３となっている。フィルタ支持部７の斜面７２と側壁７３との間の躯体には、発光素子２２および光ファイバー１２の光軸とほぼ平行に延びる貫通孔７４が設けられている。斜面７２は発光素子２２および光ファイバー１２の光軸と約４５度の角度をなし、その上に第１のフィルタ４１が、貫通孔７４を覆うように設けられている（同図（ｂ），（ｃ）参照）。貫通孔７４は、第１のフィルタ４１を透過する光の通過経路を形成する。上面７１には第２のフィルタ４３が設けられている。

図１を参照すると、発光素子２２と第１のフィルタ４１との間には、光アイソレータ４５が設けられている。光アイソレータ４５は発光素子２２に向かう光を遮断する。これは、前述したように発光素子２２から出射した光の一部が第１のフィルタ４１で屈折し、屈折した光が再び第１のフィルタ４１に入射し、再度屈折して発光素子２２に戻る場合があるためである。この現象が生じると、発光素子２２から出射した光が撹乱され、性能低下や誤動作につながるおそれがある。光アイソレータ４５は、光の進行方向を一つの方向（発光素子２２からの出射光の進行方向）に制限するため、このような現象の防止に役立つ。図１を参照すると、段差部８が発光素子２２側に設けられている。光アイソレータ４５はこの段差部８に嵌合し、固定される。

光アイソレータ４５は、光ファイバー１２と第１のフィルタ４１との間に設けられてもよい。すなわち、発光素子２２から出射し第１のフィルタ４１を透過した光が、光ファイバー１２で反射され、同じ光路を辿って発光素子２２に戻る場合がある。この場合も上記と同様の問題が生じる。光アイソレータ４５は、このような現象を防止するのにも有効である。この場合、図２（ｂ）に示すように、段差部８は光ファイバー側に設けられ、光アイソレータ４５が固定される（光アイソレータ４５は図示せず）。なお、光アイソレータの設置の有無や設置位置は光モジュールの設計によって異なるため、上記の実施形態に限定されるわけではない。光アイソレータを設置しない場合、上述した段差部は不要である。光アイソレータを第１のフィルタ４１の両側に設ける場合は、上述した段差部もこれに応じて２箇所設けられる。

以上説明したように、第１、第２のキャン２３，３３、光ファイバー１２、第１，第２のフィルタ４１，４３、および光アイソレータ４５は、一体構造の筐体２によって固定保持されている。

このように、本実施形態においては、第１，第２のフィルタ、さらには光アイソレータが筐体に直接支持される構造となっており、フィルタ等の支持部品を別に用意し、それを筐体に組み込む必要がない。このため、製造工程の簡略化が可能となり、コストの低減にもつながる。また、筐体の構造が従来に比べて複雑化するとはいえ、筐体は金属射出成形で作られるため、製作精度、特にフィルタが取り付けられるフィルタ支持部の上面および斜面の製作精度は良好であり、性能への影響も少ない。

なお、フィルタの設置数は光モジュールの設計により決まり、上述したように２枚必要であるとは限らない。また、第２のフィルタ４３をフィルタ支持部７ではなく第２のキャン３３に設ける構造も考えられる。このような場合、図示は省略するが、第２のフィルタの筐体への装着は不要である。

図３は、本実施形態の変形例を示す、第２のキャン側から見た筐体の斜視図である。本変形例では上述の実施形態と異なり、貫通孔７４ａが円形ではなく矩形形状となっている。このような構成では、斜面７２ａの幅を確保することが比較的容易であるため、第１のフィルタの装着が容易となる。なお、貫通孔７４ａの上方は、第２のフィルタが装着できる部分が確保できればフィルタ支持部の躯体が延びていなくてもよく、開放された構造であってもよい。その場合は貫通孔ではなく溝となる。

図４は、本実施形態のさらに別の変形例を示す、筐体の外形図である。同図（ａ）は筐体の斜視図を、同図（ｂ）〜（ｄ）は各々、同図（ａ）中のｂ〜ｄ方向から見た筐体の外形図を示す。本変形例では、筐体２ｂの外面の四隅が面取りされている。このような構成は、特に筐体を金属射出成形で製作する場合、材料コストの低減につながる。なお、面取りする部位は四隅に限定されず、上側の二隅、下側の二隅など適宜に選択できることは言うまでもない。また、面取りの形状も平面状、曲面状のいずれであるかを問わない。

図５は、本実施形態のさらに別の変形例を示す、筐体の外形図である。同図（ａ）は筐体の斜視図を、同図（ｂ）〜（ｄ）は各々、同図（ａ）中のｂ〜ｄ方向から見た筐体の外形図を示す。本変形例では、フェルールカラー１１ｃが筐体２ｃと一体化されている。フェルールは筐体２ｃと一体化されたフェルールカラー１１ｃに挿入されるため、このような構成は、光ファイバーの芯合わせが容易になるというメリットがある。

図６は、本実施形態のさらに別の変形例を示す、筐体の外形図である。本変形例では、筐体２ｄの外面に溝９が形成されている。図には示されていないが、第２のキャンの設けられていない裏側の一面にも同様の溝９が形成されている。溝９を設ける位置および範囲は適宜に定めることができる。光モジュールの作動中は、発光素子２２の発熱などによって筐体２ｄ内部の温度が上昇する場合があるため、このような構成は、筐体２ｄからの熱の放散を促し、筐体２ｄ内部の温度上昇を緩和し、製品の信頼性向上に役立つ。

以上、光モジュールの実施形態について説明したが、本発明は、レセプタクル型の光モジュールにも適用できることはいうまでもない。この場合、光モジュールには、発光素子が設けられた第１のキャンと、受光素子が設けられた第２のキャンと、レセプタクル部とを備えた一体構造の筐体とが備えられる。筐体は第１、第２のキャンを固定保持する。レセプタクル部は、光ファイバーの一端を固定保持する光コネクタが、発光素子および受光素子が光ファイバーと光結合するように取り付けられるようにされている。

本発明の一実施形態に係る光モジュールの分解断面図である。 本発明の一実施形態に係る光モジュールを構成する筐体の外形図および断面図である。 本実施形態の変形例を示す、第２のキャン側から見た筐体の斜視図である。 本実施形態のさらに別の変形例を示す、筐体の外形図である。 本実施形態のさらに別の変形例を示す、筐体の外形図である。 本実施形態のさらに別の変形例を示す、筐体の外形図である。 従来技術のピグテール型光アセンブリの断面図である。 図７に示すピグテール型光アセンブリの分解図である

符号の説明

１ 光モジュール
３，４，５ 開口
フィルタ支持部７
７１ 上面
７２ 斜面
７３ 側壁
７４ 貫通孔
８ 段差部
９ 溝
１１ フェルールカラー
１２ 光ファイバー
１３ フェルール
２２ 発光素子
２３ 第１のキャン
３２ 受光素子
３３ 第２のキャン
４１ 第１のフィルタ
４３ 第２のフィルタ
４５ 光アイソレータ

Claims (8)

1. 発光素子が設けられた第１のキャンと、
   受光素子が設けられた第２のキャンと、
   前記発光素子および前記受光素子と光結合する光ファイバーと、
   前記第１、第２のキャンおよび前記光ファイバーを固定保持する一体構造の筐体と、
   を有する光モジュール。
2. 前記筐体は、前記光ファイバーを該筐体に取付けるためのフェルールカラーが一体に形成されている、請求項１に記載の光モジュール。
3. 発光素子が設けられた第１のキャンと、
   受光素子が設けられた第２のキャンと、
   光ファイバーの一端を固定保持する光コネクタが、前記発光素子および前記受光素子が該光ファイバーと光結合するように取り付けられるようにされたレセプタクル部を備えるとともに、前記第１、第２のキャンを固定保持する一体構造の筐体と、
   を有する光モジュール。
4. 前記第１のキャンは、前記発光素子の光軸が前記光ファイバーの光軸と略同一直線上となるように前記筐体に取り付けられ、
   前記第２のキャンは、前記受光素子の光軸が前記発光素子の光軸と略直交するように取り付けられ、
   前記発光素子と前記光ファイバーとの間に、該発光素子の光軸および該受光素子の光軸の各々と略４５度の角度をなして設けられ、前記発光素子から出射する光を前記光ファイバーに向けて主に透過させ、前記光ファイバーから出射する光を前記受光素子に向けて主に屈折させる第１のフィルタと、
   前記第１のフィルタと前記受光素子との間に設けられた第２のフィルタであって、前記発光素子から出射して該第２のフィルタに入射する光を主に反射させ、前記光ファイバーから出射し該第１のフィルタで屈折して該第２のフィルタに入射する光を該受光素子に向けて主に透過させる第２のフィルタと、
   を有し、
   前記筐体は、前記第１および第２のフィルタの少なくともいずれか一方の支持部が一体に形成されている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の光モジュール。
5. 前記発光素子と前記第１のフィルタとの間、または前記光ファイバーと該前記第１のフィルタとの間に設けられ、該発光素子に向かう光を遮断する光アイソレータを有し、
   前記筐体は、前記光アイソレータの支持部が一体に形成されている、
   請求項４に記載の光モジュール。
6. 前記筐体の外面の少なくとも一部に溝が形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の光モジュール。
7. 前記筐体は金属射出成形で製作されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の光モジュール。
8. 前記筐体の外面の少なくとも一部が面取りされている、請求項１から７のいずれか１項に記載の光モジュール。

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