JP2008021877A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】外部へのノイズ放射を効果的に低減できる光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュール１は、筐体３、発光ユニット９、及び受光ユニット１１を備える。筐体３は、第１の方向（Ｘ軸方向）に延びる内部空間３１を有し、金属製か、或いはその内面が金属膜によって覆われた樹脂製である。筐体３は、第１の方向と交差する第２の方向（Ｙ軸方向）に延びる溝３７ａ，３７ｂを内面に有する。筐体３の内部空間３１は、所謂導波管のような構造となっており、遮断周波数以上の周波数を有するノイズは内部空間３１をＸ軸方向に伝搬する。このノイズは、その一部が溝３７ａ（３７ｂ）の深さ方向に分岐し、その底面で反射する。そして、この反射ノイズと第１の方向に進むノイズとが互いに打ち消し合うので、第１の方向に進むノイズのエネルギーが減衰され、外部へのノイズ放射を効果的に低減できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光モジュールに関するものである。

一般的に、発光ユニットや受光ユニットを備える光モジュールでは、外部へのノイズ放射を抑制するために、金属製あるいは表面に金属膜を有する筐体にこれらのユニットや配線基板が収容される。しかし、ノイズは、光ファイバコネクタと結合するレセプタクル部における微小な隙間や、配線基板のコネクタ部と筐体との隙間から漏れ易く、その対策は容易ではない。例えば、特許文献１に記載された光送受信モジュールにおいては、光ファイバコネクタを挿入するための挿入口とレセプタクル部との隙間を塞ぐ遮蔽部が設けられている。
特開２００３−２７０４９２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された構成では、構造が複雑になってしまい、部品点数や製造工程が増えるといった問題がある。特に、小型の光モジュールにおいては、光ファイバコネクタの挿入口とレセプタクル部との隙間といった小さなスペースにノイズ遮蔽用の部品を配置することは難しい。また、特許文献１には、配線基板のコネクタ部付近から漏れるノイズに対しては、何ら対策が示されていない。また、光モジュール内部で発生するノイズの周波数が高いほど、より小さな隙間でも漏洩が可能となるので、隙間を塞ぐことによってノイズを抑制する方式では限度がある。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、外部へのノイズ放射を効果的に低減できる光モジュールを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明による光モジュールは、第１の方向に延びる内部空間を有し、少なくともその内面が金属からなる筐体と、発光ユニット及び受光ユニットのうち少なくとも一方を含み、第１の方向における内部空間の一端に配置された光機能部とを備え、筐体が、第１の方向と交差する第２の方向に延びる複数の溝を内面に有し、複数の溝の中心間距離が、内部空間を導波管とみなしたときの管内波長をλｇとして（λｇ／２）×ｎ（ｎは奇数）に略等しいことを特徴する。

上記光モジュールは、第１の方向に延びる内部空間を有し、少なくともその内面が金属からなる筐体を備える。このような筐体の内部空間は、第１の方向に延びる所謂導波管のような構造になっている。従って、その内部空間の寸法で定まる遮断周波数以上の周波数を有するノイズは、該内部空間を第１の方向へ伝搬する。

そして、上記光モジュールにおいては、筐体の内面に形成された溝が導波管におけるスタブの役割を果たす。すなわち、筐体の内部空間を第１の方向に伝搬するノイズは、その一部が溝の深さ方向に分岐し、溝の底で反射する。そして、この反射ノイズと第１の方向に進むノイズとが互いに打ち消し合うので、第１の方向に進むノイズのエネルギーが低減される。多くの場合、筐体の内部空間を伝搬するノイズは内部空間の両端間で振動するので、ノイズは溝の上部を通過するたびに減衰されることとなる。上記光モジュールによれば、このようにして筐体の内部空間を伝搬するノイズを減衰できるので、外部へのノイズ放射を効果的に低減できる。

また、複数の溝同士の中心間距離が、内部空間を導波管とみなしたときの管内波長λｇの半波長の奇数倍とほぼ等しいので、筐体の内部空間に生じる定在波の波長に合った間隔で溝を配置でき、ノイズをより効果的に減衰させることができる。

また、光モジュールは、溝が平坦な底面を有することを特徴としてもよい。これにより、溝の底面においてノイズをより効果的に反射できるので、筐体の内部空間を伝搬するノイズと反射ノイズとがより効果的に打ち消し合い、外部へのノイズ放射を更に低減できる。

本発明による光モジュールによれば、外部へのノイズ放射を効果的に低減できる。

以下、添付図面を参照しながら本発明による光モジュールの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施の形態）
図１〜図３は、本発明の好適な一実施形態である光モジュールの構成を示す図である。図１は、本実施形態の光モジュール１の外観を示す斜視図である。図２は、図１に示した光モジュール１の長手方向に沿った側面断面を示す断面図である。図３は、光モジュール１の平面断面図である。なお、図１〜図３には、説明のためＸＹＺ直交座標系が示されている。

本実施形態の光モジュール１は、光通信装置の一部をなし、光通信装置本体に対して挿抜可能な光トランシーバである。図１〜図３を参照すると、光モジュール１は、或る第１の方向（本実施形態ではＸ軸方向）を長手方向とする略直方体状を呈しており、筐体３、レセプタクル部５、配線基板７、発光ユニット９、及び受光ユニット１１を備える。このうち、図３に示す発光ユニット９及び受光ユニット１１は、本実施形態における光機能部１３を構成している。

筐体３は、配線基板７、発光ユニット９、及び受光ユニット１１を収容し、配線基板７や発光ユニット９から放射される電磁ノイズを遮蔽するための部品である。筐体３は、少なくともその内面が金属からなる。すなわち、筐体３は、金属製か、或いは金属以外の材料（例えば樹脂）により成型され、その内面に金属膜がメッキ（または蒸着）されてなる。

図２に示すように、筐体３は、第１の方向（Ｘ軸方向）に延びる内部空間３１と、該第１の方向における内部空間３１の一端に設けられた光ユニット収容部３３と、該第１の方向の他端側に設けられたホストコネクタ収容部３５とを有する。また、筐体３は、上壁部３ａ、一対の側壁部３ｂ及び３ｃ（図１及び図３参照）、並びに底壁部３ｄを有する。上壁部３ａは、内部空間３１の上方（Ｚ軸正方向）に設けられ、ＸＹ平面に沿った板状に形成されている。側壁部３ｂ及び３ｃは、内部空間３１の側方（Ｙ軸正方向およびＹ軸負方向）に設けられ、ＸＺ平面に沿った板状に形成されている。底壁部３ｄは、内部空間３１の下方（Ｚ軸負方向）に設けられ、ＸＹ平面に沿った板状に形成されている。

また、筐体３は、複数の溝３７ａ及び３７ｂを上壁部３ａの内面に有する。溝３７ａ及び３７ｂは、第１の方向（Ｘ軸方向）と交差する（好ましくは、直交する）第２の方向（本実施形態では、Ｙ軸方向）に延びており、一方の側壁部３ｂから他方の側壁部３ｃに亘って形成されている。また、これらの溝３７ａ及び３７ｂは、後に詳述する所定の中心間距離を隔てて、第１の方向に並んで形成されている。本実施形態の溝３７ａ及び３７ｂは、その延伸方向（Ｙ軸方向）と交差する断面が矩形状となっており、平坦な底面をそれぞれ有している。

発光ユニット９は、電気的な送信信号を光信号に変換して光モジュール１の外部へ送信するための構成要素である。また、受光ユニット１１は、光モジュール１へ送られてきた光信号を電気的な受信信号に変換するための構成要素である。発光ユニット９及び受光ユニット１１は、筐体３の光ユニット収容部３３に配置される。発光ユニット９は、レーザダイオード等の発光素子を内部に有する略円筒状のパッケージ９ａと、光を案内するための略円筒状の光案内部９ｂとを有する。また、受光ユニット１１は、フォトダイオード等の受光素子を内部に有する略円筒状のパッケージ１１ａと、光を案内するための略円筒状の光案内部１１ｂとを有する。光案内部９ｂ，１１ｂは、光ファイバが挿通されたフェルールや、それを保持するスリーブなどを含んでいる。また、パッケージ９ａ，１１ａのベースからはリードピン９ｃ，１１ｃがそれぞれ延設されており、リードピン９ｃ，１１ｃを介して発光ユニット９及び受光ユニット１１と配線基板７とが電気的に接続される。

配線基板７は、外形が略長方形状をなす樹脂多層プリント配線基板であり、第１の方向（Ｘ軸方向）を長手方向として内部空間３１の一端から他端に亘って配置されている。この配線基板７の表面及び裏面の双方には、発光ユニット９のリードピン９ｃと電気的に接続されて発光ユニット９の駆動制御を行うドライバＩＣや、受光ユニット１１のリードピン１１ｃと電気的に接続されて受光ユニット１１から受け取った信号の処理を行うＩＣなどを含む複数の電子部品１６が搭載されている。

レセプタクル部５は、筐体３の前方（Ｘ軸負方向）に設けられている。レセプタクル部５は、光ファイバと接続された光コネクタが収容される一対の収容穴５ａ，５ｂを有している。これら一対の収容穴５ａ及び５ｂは、それぞれ発光ユニット９及び受光ユニット１１に対応して設けられている。

ここで、本実施形態による光モジュール１の作用及び効果について説明する。

通常、光モジュールの筐体は、放射ノイズを遮蔽するため、本実施形態の筐体３のように金属製か、またはその表面に金属膜が設けられたシールド構造となっている。従って、筐体３の内部空間３１は、いわゆる導波管のような構造となっており、内部空間３１の幅（特に、Ｙ軸方向の幅）と高さ（Ｚ軸方向）によって定まる遮断周波数以上の周波数を有する電磁ノイズは、内部空間３１をＸ軸方向に伝搬してゆく。そして、内部空間３１の両端においてこの電磁ノイズが反射するため、電磁ノイズは内部空間３１で振動することとなる。筐体３の両端に隙間（例えば、筐体３と発光ユニット９や受光ユニット１１との隙間、筐体３とレセプタクル部５との隙間、或いは、筐体３と配線基板７の後縁部との隙間）があれば、電磁ノイズはその隙間から漏れていく。

本実施形態の光モジュール１においては、このような電磁ノイズを低減するため、筐体３に複数の溝３７ａ及び３７ｂが形成されている。この溝３７ａ（３７ｂ）による作用を、図４を参照しながら説明する。

筐体３の内部空間３１を第１の方向（Ｘ軸方向）に伝搬するノイズＮ１が溝３７ａ（または３７ｂ）を通過する際、ノイズＮ１の一部（ノイズＮ２）が分岐する。分岐したノイズＮ２は溝３７ａ（３７ｂ）の底面において反射し、元のノイズＮ１と合波される。このとき、反射ノイズＮ２とノイズＮ１とが互いに打ち消し合うので、ノイズＮ１のエネルギーが減衰される。このように、溝３７ａ及び３７ｂは、導波管（内部空間３１）に設けられたスタブのようにノイズに作用する。

従って、図５に示すように、例えば発光ユニット９から放射されたノイズＮ３は、最初の溝３７ａを通過する際に減衰されてより小さなエネルギーのノイズＮ４となり、次の溝３７ｂを通過する際に再び減衰されてより小さなエネルギーのノイズＮ５となって、内部空間３１の端部から漏れ出ていく。また、内部空間３１を伝搬するノイズは、上述したように内部空間３１の両端間を振動するので、溝３７ａ及び３７ｂを通過するたびに上記作用により減衰されることとなる。

なお、理想的には、Ｚ軸方向における内部空間３１の中心からの溝３７ａ（３７ｂ）の深さがλｇ／４＋ｎ×λｇ／２（ｎは０以上の整数。λｇは内部空間３１を導波管とみなしたときの管内波長）であれば、図４のノイズＮ１と反射ノイズＮ２とが逆位相となって完全に打ち消し合い、ノイズＮ１は溝３７ａ（３７ｂ）よりも先には伝搬しない。しかし、溝３７ａ（３７ｂ）の深さがこれより浅くても、ノイズのエネルギーは或る程度減衰されるので、複数の溝３７ａ及び３７ｂを設けることにより、ノイズを効果的に減衰できる。なお、管内波長λｇは、内部空間３１のＹ軸方向の幅をａ、ノイズの自由空間波長をλとして次のように表すことができる。

また、本実施形態のように筐体３が複数の溝３７ａ及び３７ｂを有する場合、溝３７ａ及び３７ｂ同士の中心間距離は、管内波長λｇの半波長λｇ／２の奇数倍とほぼ等しく設定されるとよい。筐体３の内部空間３１の両端間をノイズが振動すると、その定在波の腹の部分でノイズのエネルギーが最も大きくなる。従って、定在波の腹の間隔に合わせて複数の溝３７ａ及び３７ｂを配置することにより、ノイズのエネルギーをより効果的に減衰できる。

図６〜図８は、筐体の内部空間を伝搬するノイズの強度の変化に関するシミュレーションの結果を示すグラフである。図６は一つの溝を設けた場合、図７は本実施形態のように二つの溝を設けた場合、図８は、比較のため、筐体に溝を設けない場合をそれぞれ示している。また、図６〜図８において、（ａ）は上方（Ｚ軸方向）から見たノイズの二次元強度分布を示しており、濃い領域ほどノイズ強度が大きいことを示している。グラフ左方が発光ユニットなどのノイズ源、グラフ右方がコネクタ収容部などの隙間である。また、（ｂ）は縦軸をノイズ強度としたグラフであり、横軸の位置関係は（ａ）と対応している。

図６（ａ）、（ｂ）を参照すると、筐体の内部空間を伝搬するノイズは、溝が設けられた位置Ｘ１において、効果的に減衰されていることがわかる。また、この作用により、図８（ａ）、（ｂ）と比較してノイズの全体的な強度も低減されていることがわかる。更に、図７（ａ）、（ｂ）を参照すると、ノイズは、溝が設けられた位置Ｘ２及びＸ３において効果的に減衰されており、この二カ所の減衰によって、ノイズの全体的な強度が溝一つの場合よりも更に低減されていることがわかる。

なお、上記シミュレーションの条件は、以下のとおりである。
内部空間のＹ軸方向の幅：１８ｍｍ
ノイズ周波数λ：約１０ＧＨｚ
管内波長λｇ：５４．３ｍｍ
内部空間の中心からの溝の深さ：３．４ｍｍ（≒λｇ／１６）

図９〜図１１は、上記シミュレーションにおける、ノイズの強度−周波数分布を示すグラフである。図９は一つの溝を設けた場合、図１０は二つの溝を設けた場合、図１１は溝を設けない場合をそれぞれ示している。なお、図９〜図１１では、ノイズ源である発光ユニットの伝送速度を１Ｇｂｐｓに規格化しており、ノイズ周波数の表示も１／１０となっている。図９を参照すると、一つの溝を設けた場合には、溝を設けない場合（図１１）と比較して、１０ＧＨｚのノイズが１ｄＢ減衰されており、２０ＧＨｚのノイズが８ｄＢ減衰されている。また、図１０を参照すると、二つの溝を設けた場合には、溝を設けない場合（図１１）と比較して、１０ＧＨｚのノイズが３ｄＢ減衰されており、２０ＧＨｚのノイズが１１ｄＢ減衰されている。

以上のように、本実施形態の光モジュール１によれば、筐体３の内面に溝３７ａ及び３７ｂを設けることにより、内部空間３１を伝搬するノイズを減衰し、外部へのノイズ放射を効果的に低減できる。

なお、筐体３の溝は、図１２に示す溝３７ｃのように、上壁部３ａの厚みよりも深く形成されてもよい。この場合、上壁部３ａの外面が凸状に突出することとなるが、筐体３の外面の表面積が増すこととなり、放熱効果を高めることもできる。

続いて、上記実施形態の光モジュール１について、好ましい形態について検討する。図１３は、筐体３に設けられる溝の様々な断面形状を示す図である。図１３（ａ）は、矩形状の断面を有する上記実施形態の溝３７ａ（３７ｂ）を示している。図１３（ｂ）は、底部が曲率を有するＵ字形の断面を有する溝３７ｄを示している。図１３（ｃ）は、底部の断面が二等辺三角形となっている溝３７ｅを示している。図１３（ｄ）は、二等辺三角形状（Ｖ字形）の断面を有する溝３７ｆを示している。

次の表１は、図１３（ａ）〜（ｄ）に示した各断面形状でのノイズ減衰量を示している。また、図１４は、表１に基づく溝の断面形状とノイズ減衰量との関係を示す棒グラフである。図１４において、Ａは図１３（ａ）、Ｂは図１３（ｂ）、Ｃは図１３（ｃ）、Ｄは図１３（ｄ）にそれぞれ示した溝による減衰量を示している。なお、計算には、前述したシミュレーションの各条件を用いた。

表１及び図１４に示すように、図１３（ａ）〜（ｄ）に示した溝形状の中では、矩形溝が最も効果的にノイズを減衰できることがわかる。これは、溝が平坦な底面を有することにより、溝へ分岐したノイズが効率よく反射し、この反射ノイズと第１の方向に進むノイズとがより効果的に打ち消し合っているためと考えられる。また、矩形溝以外の溝形状であっても、或る程度のノイズ減衰効果が得られることがわかる。

表２は、内部空間３１のＺ軸方向の中心位置を基準とする溝（矩形溝）の深さと、ノイズ減衰量との関係を示している。また、図１５は、表２に基づく溝の深さとノイズ減衰量との関係を示すグラフである。

表２及び図１５に示すように、管内波長λｇと比較して溝深さが小さい範囲では、溝が深いほどノイズを効果的に減衰させ得ることがわかる。また、浅い溝であっても、例えば深さλｇ／１６でノイズを４ｄＢ減衰させることができるので、例えば二本の溝を設けると８ｄＢ減衰させることができる。このように、浅い溝であっても複数設けることによって、ノイズを効果的に減衰させることができる。

表３は、Ｘ軸方向における溝３７ａ、３７ｂの幅と、ノイズ減衰量との関係を示している。また、図１６は、表３に基づく溝の幅とノイズ減衰量との関係を示すグラフである。なお、溝形状は矩形断面とし、計算に際しては、溝の深さをλｇ／４で一定とした。

表３及び図１６に示すように、溝の幅には或る好適な範囲があることがわかる。すなわち、溝幅がλｇ／８のときに最も減衰量が大きく、溝幅がλｇ／１６以上λｇ／４以下であれば十分な減衰量が得られる。

本発明による光モジュールは、上記した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他にも様々な変形が可能である。例えば、筐体に設けられる溝の断面形状としては、図１３に示されたもの以外にも、様々な形状を適用できる。また、上記実施形態では二本の溝が形成されているが、溝は一本でもよく、或いは三本以上であってもよい。また、上記実施形態では筐体の上壁部に溝が形成されているが、底壁部や側壁部など他の壁部の内面に形成されてもよい。

図１は、本発明の好適な一実施形態である光モジュールの外観を示す斜視図である。 図２は、図１に示した光モジュールの長手方向に沿った側面断面を示す断面図である。 図３は、図１に示した光モジュールの平面断面図である。 図４は、筐体に形成された溝による作用を説明するための図である。 図５は、筐体に形成された溝による作用を説明するための図である。 図６は、筐体の内部空間を伝搬するノイズの強度の変化に関するシミュレーションの結果を示すグラフであり、一つの溝を設けた場合を示している。（ａ）は上方（Ｚ軸方向）から見たノイズの二次元強度分布を示す。（ｂ）は縦軸をノイズ強度としたグラフである。 図７は、筐体の内部空間を伝搬するノイズの強度の変化に関するシミュレーションの結果を示すグラフであり、二つの溝を設けた場合を示している。（ａ）は上方（Ｚ軸方向）から見たノイズの二次元強度分布を示す。（ｂ）は縦軸をノイズ強度としたグラフである。 図８は、筐体の内部空間を伝搬するノイズの強度の変化に関するシミュレーションの結果を示すグラフであり、溝を設けない場合を示している。（ａ）は上方（Ｚ軸方向）から見たノイズの二次元強度分布を示す。（ｂ）は縦軸をノイズ強度としたグラフである。 図９は、一つの溝を設けた場合におけるノイズの強度−周波数分布を示すグラフである。 図１０は、二つの溝を設けた場合におけるノイズの強度−周波数分布を示すグラフである。 図１１は、溝を設けない場合におけるノイズの強度−周波数分布を示すグラフである。 図１２は、溝形状の一変形例を示す図である。 図１３は、筐体３に設けられる溝の様々な断面形状を示す図である。（ａ）矩形状の断面を有する溝を示している。（ｂ）底部が曲率を有するＵ字形の断面を有する溝を示している。（ｃ）底部の断面が二等辺三角形となっている溝を示している。（ｄ）二等辺三角形状（Ｖ字形）の断面を有する溝を示している。 図１４は、溝の断面形状とノイズ減衰量との関係を示す棒グラフである。Ａは図１３（ａ）、Ｂは図１３（ｂ）、Ｃは図１３（ｃ）、Ｄは図１３（ｄ）にそれぞれ示した溝による減衰量を示している。 図１５は、溝の深さとノイズ減衰量との関係を示すグラフである。 図１６は、溝の幅とノイズ減衰量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…光モジュール、３…筐体、３ａ…上壁部、３ｂ，３ｃ…側壁部、３ｄ…底壁部、５…レセプタクル部、５ａ，５ｂ…収容穴、７…配線基板、９…発光ユニット、１１…受光ユニット、１３…光機能部、３１…内部空間、３３…光ユニット収容部、３５…ホストコネクタ収容部、３７ａ〜３７ｃ…溝。

Claims (2)

1. 第１の方向に延びる内部空間を有し、少なくともその内面が金属からなる筐体と、
   発光ユニット及び受光ユニットのうち少なくとも一方を含み、前記第１の方向における前記内部空間の一端に配置された光機能部と
   を備え、
   前記筐体が、前記第１の方向と交差する第２の方向に延びる複数の溝を前記内面に有し、
   前記複数の溝の中心間距離が、前記内部空間を導波管とみなしたときの管内波長をλｇとして（λｇ／２）×ｎ（ｎは奇数）に略等しいことを特徴とする、光モジュール。
2. 前記溝が平坦な底面を有することを特徴とする、請求項１に記載の光モジュール。
   
   
   

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