JP2008091976A - 光通信装置およびそれを用いる電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯電話の端末装置などに用いられ、基板間で光信号によって通信を行う光通信装置において、低コストに、受信側から送信側へフィードバックを行えるようにする。
【解決手段】２つの光電気変換装置２１，２２間を導波路フィルム２３で接続し、その導波路フィルム２３には、高周波の光信号を伝送する導波路２３ａに、電気信号線２３ｃ１〜２３ｃ３を並設しておき、受信側の光電気変換装置２２では、ＰＤ３４ｂの電流出力をＴＩＡ３５ｂ１が電圧出力に変換し、さらにその電圧をアンプ３５ｂ２が差動の電圧信号に増幅して出力するとともに、差動アンプ４１が、フィードバック信号として、アナログＤＣ電圧から成るレーザパワーのコントロール信号を作成し、電気信号線２３ｃ１を介して、送信側の光電気変換装置２１内のドライバアンプ３５ａにフィードバックする。したがって、複雑な変調などを行わない低コストな構成でフィードバック制御を実現できる。
【選択図】図６

Description

本発明は、映像信号などの高周波の信号を光信号によって伝送する光通信装置およびそれを用いる電子機器に関する。

上述のような電気信号を光信号に変換して伝送を行うようにした装置の典型的な従来技術は、特許文献１で示されている。その従来技術によれば、前記高周波信号の遅延やＥＭＩの対策として、高周波の電気信号を光信号に変換して２つのボード間で通信を行うことが示されている。
特開２００１−４２１７０号公報

しかしながら、その従来技術では、伝送信号の総てを光信号に切換えている。したがって、受信側となるボードから送信側となるボードへ信号をフィードバックする場合、別途に光信号の経路を設けなければならず、或いは１本の光信号の経路を用いる場合には、複雑な構成で、時分割で使用したり、異なる波長を使うなどしなければならず、特に低レートな信号を送信する場合には無駄が多い。

本発明の目的は、低コストに、光信号の受信側から送信側へ信号をフィードバックすることができる光通信装置およびそれを用いる電子機器を提供することである。

本発明の光通信装置は、光導波路で相互に接続された光電気変換装置間で光信号によって通信を行うようにした光通信装置において、前記光導波路に並設される電気信号線と、前記各光電気変換装置に搭載され、伝送された光信号に基づく信号を前記電気信号線を介して受信側の光電気変換装置から送信側の光電気変換装置へフィードバックするフィードバック回路とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、映像信号などの高周波の電気信号を基板間などで伝送するにあたって、光導波路で相互に接続された光電気変換装置を用い、光信号によって通信を行うようにした光通信装置において、前記光導波路に電気信号線を並設しておき、その電気信号線を介して、フィードバック回路が、伝送された光信号に基づく信号を前記電気信号線を介して受信側の光電気変換装置から送信側の光電気変換装置へフィードバックする。

したがって、光信号がエラー無く伝送されたかを表すＡＣＫ信号や、同期用のクロック信号、光信号の強度等の受信状態を表す信号などの低レートの信号を、光信号に影響を与えることなく送信側へフィードバックすることができ、送受信を高精度に制御することができる。また、前記低レートの信号を光信号に変換せずに送信することで、低コストな構成でフィードバックを実現することができるとともに、特に光信号が１方向にのみ伝送される場合に、逆方向へのフィードバック信号の伝送のために光導波路を設ける必要はなく、効果的である。

また、本発明の光通信装置は、受信側の前記光電気変換装置のフィードバック回路から送信側の前記光電気変換装置へフィードバックされる信号は、発光素子のパワーコントロール信号であることを特徴とする。

上記の構成によれば、送信側の光電気変換装置が、たとえばレーザダイオードによって前記光信号を送信する場合、受信側の前記光電気変換装置のフィードバック回路からフィードバックされる信号は、たとえばアナログＤＣ電圧から成るレーザパワーのコントロール信号となる。

したがって、前記光導波路に並設される電気信号線を用いて、複雑な変調などを行うことなく、光信号の受信側から送信側へのフィードバックを簡易な構成で行うことができる。

さらにまた、本発明の光通信装置は、前記光導波路には、前記電気信号線が並行に敷設されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記基板間の通信などに用いられる光電気変換装置において、光導波路に電気信号線が一体となり、引き回しが容易である。

また、本発明の光通信装置は、送信側の前記光電気変換装置は、レーザダイオードによって前記光信号を送信し、前記光導波路の端部は、前記光電気変換装置の搭載基板に接合され、前記光信号の送信側では、その接合部分に、前記光導波路の離脱を検知するパターンが形成され、前記送信側の光電気変換装置には、前記パターンによって光導波路の離脱が検知されると、前記レーザダイオードの駆動回路は、レーザ発振を停止させることを特徴とする。

上記の構成によれば、送信側の前記光電気変換装置がレーザダイオードによって前記光信号を送信し、前記光導波路の端部が前記光電気変換装置の搭載基板に接合されている場合、前記光信号の送信側では、その接合部分に、たとえば光導波路側のパターンで短絡されるなどして、光導波路が搭載基板から離脱したことを検知するパターンを形成しておき、そのパターンによって離脱が検知されると、前記送信側の光電気変換装置において、前記レーザダイオードの駆動回路は、レーザ発振を停止させてレーザダイオードを消灯させる。

したがって、直進性の高いレーザ光の不所望な漏光を防止することができる。

さらにまた、本発明の電子機器は、前記の光通信装置を用いることを特徴とする。

上記の構成によれば、基板間などでの送受信を高精度に制御することができる電子機器を実現することができる。

本発明の光通信装置は、以上のように、映像信号などの高周波の電気信号を基板間などで伝送するにあたって、光導波路で相互に接続された光電気変換装置を用い、光信号によって通信を行うようにした光通信装置において、前記光導波路に電気信号線を並設しておき、その電気信号線を介して、フィードバック回路が、伝送された光信号に基づく信号を受信側の光電気変換装置から送信側の光電気変換装置へフィードバックする。

それゆえ、光信号がエラー無く伝送されたかを表すＡＣＫ信号や、同期用のクロック信号、光信号の強度等の受信状態を表す信号などの低レートの信号を、光信号に影響を与えることなく送信側へフィードバックすることができ、送受信を高精度に制御することができる。また、前記低レートの信号を光信号に変換せずに送信することで、低コストな構成でフィードバックを実現することができるとともに、特に光信号が１方向にのみ伝送される場合に、逆方向へのフィードバック信号の伝送のために光導波路を設ける必要はなく、効果的である。

また、本発明の光通信装置は、以上のように、受信側の光電気変換装置のフィードバック回路から送信側の光電気変換装置へフィードバックされる信号を、発光素子のパワーコントロール信号とする。

それゆえ、前記光導波路に並設される電気信号線を用いて、複雑な変調などを行うことなく、光信号の受信側から送信側へのフィードバックを簡易な構成で行うことができる。

さらにまた、本発明の光通信装置は、以上のように、前記光導波路に、前記電気信号線を並行に敷設する。

それゆえ、光導波路に電気信号線が一体となり、引き回しが容易である。

また、本発明の光通信装置は、以上のように、送信側の光電気変換装置がレーザダイオードによって光信号を送信し、光導波路の端部が前記光電気変換装置の搭載基板に接合されている場合、前記光信号の送信側では、その接合部分に、たとえば光導波路側のパターンで短絡されるなどして、光導波路が搭載基板から離脱したことを検知するパターンを形成しておき、そのパターンによって離脱が検知されると、前記送信側の光電気変換装置において、前記レーザダイオードの駆動回路は、レーザ発振を停止させてレーザダイオードを消灯させる。

それゆえ、直進性の高いレーザ光の不所望な漏光を防止することができる。

さらにまた、本発明の電子機器は、以上のように、前記の光通信装置を用いる。

それゆえ、基板間などでの送受信を高精度に制御することができる電子機器を実現することができる。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の一形態に係る光通信装置２０を用いる電子機器の一例である携帯電話の端末装置１の透視斜視図である。この端末装置１では、キースイッチ２などが配置される操作部３側の主基板４と、液晶表示パネル５などが配置される表示部７側の主基板８との間において、テレビジョン信号やブラウザの表示信号などの高周波信号を、光信号によって通信を行う。そのため、前記各主基板４，８には、各機能を実現するための素子１０〜１３が実装される。

前記光通信装置２０は、大略的に、発光側の光通信モジュール（Ｅ／Ｏモジュール）である光電気変換装置２１と、受光側の光通信モジュール（Ｏ／Ｅモジュール）である光電気変換装置２２と、それらの間を接続する導波路フィルム２３とを備えて構成される。

図２〜図４は、前記光電気変換装置２１，２２の構造を示す図である。前記主基板４，８には、第１のコネクタであるソケット３１が、前記素子１０〜１３と同様に、リフロー炉などで半田付けされる。そのソケット３１には、図３で示すようにして、第２のコネクタであるヘッダ３２が嵌着する。これによって、ヘッダ３２の接点３２ａとソケット３１の接点３１ａとが接触して、前記主基板４，８側の配線パターンに接続されるソケット３１の端子３１ｂとヘッダ３２の端子３２ｂとが相互に電気的に導通する。このときのソケット３１の下面からヘッダ３２の上面までの高さは、２ｍｍ程度である。これらのソケット３１およびヘッダ３２は、本件出願人が先に特開２００４−５５４６３号公報や特開２００４−５５４６４号公報で提案したものである。

前記ヘッダ３２は、マウント基板３３に搭載され、前記端子３２ｂ部分がそのマウント基板３３の配線パターンに、金または半田から成るバンプ３８によって接続される。そのマウント基板３３には、図４で示すように、光電変換素子３４およびそのドライバＩＣ３５が搭載されている。なお、ソケット３１とヘッダ３２とは、相互に入替えられてもよく、すなわちヘッダ３２が主基板４，８に搭載され、ソケット３１がマウント基板３３に搭載されてもよい。

前記光電変換素子３４は、光信号の送信側では、電気信号を光信号に変換する発光ダイオードやＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）等のレーザダイオードなどのＥ／Ｏ変換素子から成り、前記光信号の受信側では、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードやフォトトランジスタなどのＯ／Ｅ変換素子から成る。なお、一方向のみの光通信に限らず、双方向で光通信が可能となっていてもよい。前記ドライバＩＣ３５は、光信号の送信側ではＥ／Ｏ変換素子の駆動回路であり、光信号の受信側ではＯ／Ｅ変換素子からの電流出力を電圧出力に変換するＴＩＡ（Trans-impedance Amplifier）回路やアンプなどから成る。

前記光電変換素子３４は、その厚み方向に光を入射または出射するので、前記マウント基板３３において、対向位置には、光路を前記光電変換素子３４の面方向に略９０°変換するミラー部３６が設けられているとともに、前記光電変換素子３４と光学的に結合する内部導波路３７がミラー部３６からマウント基板３３の端面３３ａまで延びるように設けられている。そして、前記光電変換素子３４およびドライバＩＣ３５は、金または半田から成るバンプ３８によってマウント基板３３の配線パターンに接続される。

前記マウント基板３３には、実装時の熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、剛性が必要である。また、光伝送の場合は、たとえば前記光電変換素子３４のミラー部３６に対するずれなどで光伝送効率が大きく低下するので、前記光電変換素子３４を高精度に実装する必要があり、また使用中の熱の影響による位置変動を極力抑制する必要がある。このため、マウント基板３３としては、シリコン基板が採用されている。また、マウント基板３３は、前記光電変換素子３４と線膨張係数の近い材料で構成されていることが好ましく、前記シリコン以外には、ＶＣＳＥＬ材料と同系統のＧａＡｓ等の化合物半導体で構成されていてもよい。

ミラー部３６は、マウント基板３３がエッチングされることにより形成された４５°傾斜面に、金やアルミニウムを蒸着することにより形成することができる。なお、４５°傾斜面は、シリコン結晶のエッチング速度の違いを利用した異方性エッチングにより形成することができる。異方性エッチングには、たとえば水酸化カリウム溶液が用いられる。このミラー部３６は、必ずしも４５°の平板のミラーに限らず、導波路フィルム２３の引出し方向の角度に合わせて前記４５°からずれていてもよく、また集光作用を有する凹面のミラーなどであってもよい。

内部導波路３７は、マウント基板３の面方向に沿って設けられており、前記光電変換素子３４に出入射する光を、前記マウント基板３の面方向に伝送するものである。この内部導波路３７は、屈折率の異なる２種類の樹脂から構成されている。具体的には、内部導波路３７は、図５に示すように、屈折率の高い樹脂から成り、光ファイバのコア層となる導波路３７ａと、導波路３７ａを周囲から覆い、屈折率の低い樹脂から成るクラッド層３７ｂとで構成されており、マウント基板３３に形成された導波路形成用溝３９内に配設されている。導波路３７ａおよびクラッド層３７ｂのサイズは、Ｅ／Ｏ変換素子の発散角度およびＯ／Ｅ変換素子の受光径などによる光損失計算から決定される。なお、内部導波路３７は、樹脂以外にも石英等の光透過性のある材料であれば、無機材料で構成されていてもよい。

導波路形成用溝３９は、前記４５°傾斜面を形成するのと同様に、異方性エッチングにより形成することができる。なお、異方性エッチング以外にも、該導波路形成用溝３８の形成には、反応性イオンエッチング等のドライエッチングの形成方法がある。

上述のように構成される光通信装置２０において、注目すべきは、本実施の形態では、前記導波路フィルム２３は、前記内部導波路３７に対応して、図５で示すように、光ファイバのクラッド層となるベース層２３ｂ内に、光ファイバのコア層となる導波路２３ａが収容されるとともに、前記ベース層２３ｂの下面に、前記導波路２３ａと並行して、電気信号線２３ｃが敷設されて構成されていることである。前記電気信号線２３ｃ上は、図示しない保護層などで気密に封止されている。そして、この導波路フィルム２３の端面２３ｄは、前記マウント基板３３の端面３３ａと、導波路２３ａと導波路３７ａとを一致させた状態で、光学用接着剤によって接合され、光路が形成される。その後、前記電気信号線２３ｃの端部が、マウント基板３３上の配線パターン３３ｄと、たとえば２０μｍ程度の銅箔４０によって半田付けされ、電気信号の経路も形成される。

図６は、上述のように構成される光通信装置２０の電気的構成を示すブロック図である。この図６の例では、光電気変換装置２１が送信側となり、光電気変換装置２２が受信側となり、したがって前記光電変換素子３４は、光電気変換装置２１側ではＶＣＳＥＬ３４ａとなっており、光電気変換装置２２側ではフォトダイオード３４ｂとなっており、前記ドライバＩＣ３５は、光電気変換装置２１側ではドライバアンプ３５ａとなっており、光電気変換装置２２側ではＴＩＡ３５ｂ１およびアンプ３５ｂ２となっている。前記フォトダイオード３４ｂの電流出力を前記ＴＩＡ３５ｂ１が電圧出力に変換し、さらにその電圧がアンプ３５ｂ２によって差動の電圧信号に増幅されて出力される。

ここでまた注目すべきは、本実施の形態では、その差動の電圧信号から、フィードバック回路である差動アンプ４１は、低レートなフィードバック信号として、アナログＤＣ電圧から成るレーザパワーのコントロール信号を作成し、電気信号線２３ｃ１を介して前記ドライバアンプ３５ａにフィードバックすることである。これによって、ドライバアンプ３５ａによるＶＣＳＥＬ３４ａの発光輝度（駆動電流）を、受信側でエラーが生じない程度で低い値に抑えることができ、消費電力を削減することができるとともに、ＶＣＳＥＬ３４ａの寿命を延ばすことができる。

また、前記導波路２３ａとは別途に設けられる電気信号線２３ｃ１を使用することで、複雑な変調などを行わない簡易で低コストな構成であっても、光信号に影響を与えることなく、そのような送信側へのフィードバック制御を可能にし、送受信を高精度に制御することができるとともに、特に光信号が１方向にのみ伝送される場合に、逆方向へのフィードバック信号の伝送のために導波路２３ａを設ける必要はなく、効果的である。さらにまた、フィードバック用の電気信号線２３ｃ１が導波路２３ａに並行に敷設された導波路フィルム２３を用いることで、導波路２３ａと電気信号線２３ｃ１とが一体で、引き回しが容易である。

なお、光信号の受信側から送信側へフィードバックする信号としては、前記映像信号などの高周波の光信号に比べて低いレートの信号であり、たとえば光信号がエラー無く伝送されたかを表すＡＣＫ信号や、同期用のクロック信号などの伝送された光信号に基づく信号であればよい。また、図６の例では、光電気変換装置２１側から光電気変換装置２２側へ、前記導波路２３ａに並設される電気信号線２３ｃ２，２３ｃ３を使用して電源供給が行われており、前記電気信号線２３ｃとしては、２３ｃ１〜２３ｃ３の３本が設けられているけれども、少なくともフィードバック用の１本が設けられていればよい。

［実施の形態２］
図７は、本発明の実施の他の形態に係る光通信装置２０’の電気的構成を示すブロック図である。この光通信装置２０’の構造は、前述の図１〜図５で示す光通信装置２０と同様であり、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この光通信装置２０’では、光信号の受信側の光電気変換装置２２’において、前記フィードバック用の電気信号線２３ｃ１が、ハイレベル側の電源供給用の電気信号線２３ｃ２と接続され、光信号の送信側の光電気変換装置２１’では、その電気信号線２３ｃ１がドライバアンプ３５ａの制御回路４２に接続されていることである。

前述のように各電気信号線２３ｃ１〜２３ｃ３は、マウント基板３３上の配線パターン３３ｄと、２０μｍ程度の銅箔４０（図５参照）によって半田付けされて接続されている。したがって、導波路フィルム２３がマウント基板３３から離脱すると、前記銅箔４０部分が破断する。したがって、前記制御回路４２は、破断前は前記電気信号線２３ｃ２から２３ｃ１を折り返して検出されていたハイレベルの電源電圧を、破断後は検出できなくなり、導波路フィルム２３がマウント基板３３から離脱したものと判定し、前記ドライバアンプ３５ａにＶＣＳＥＬ３４ａのレーザ発振を停止させる。前記制御回路４２およびドライバアンプ３５ａは、レーザダイオードであるＶＣＳＥＬ３４ａの駆動回路となり、前記銅箔４０は前記導波路フィルム２３の離脱を検知するパターンとなる。

このように構成することで、レーザダイオードによって前記光信号を送信する場合に、前記導波路フィルム２３の離脱に対して、直進性の高いレーザの不所望な漏光を防止することができる。

本発明は、前記携帯電話の端末装置１に限らず、高速伝送、ＥＭＩ特性の改善、信号ライン数の削減などが要求され、さらに低背化が要求される電子機器に好適に実施することができる。なお、光信号の送信側から受信側へ、前記電気信号線２３ｃを介してクロック等の電気信号も送信するようにしてもよい。また、前記電気信号線２３ｃは、導波路２３ａとは別のフレキシブルプリント基板に設けられるようにしてもよい。

本発明の実施の一形態に係る光通信装置を用いる電子機器の一例である携帯電話の端末装置の透視斜視図である。 前記光通信装置に用いられる光電気変換装置の構造を示す側面図である。 前記光電気変換装置におけるソケットおよびヘッダの構造を示す斜視図である。 マウント基板を介して前記ヘッダ側に光電変換素子およびドライバＩＣを搭載する様子を示す側面図である。 前記マウント基板および導波路フィルムにおける導波路の構造を説明するための側面図である。 本発明の実施の一形態に係る光通信装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施の他の形態に係る光通信装置の電気的構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 携帯電話の端末装置
２ キースイッチ
３ 操作部
４，８ 主基板
５ 液晶表示パネル
７ 表示部
１０〜１３ 素子
２０，２０’ 光通信装置
２１，２１’，２２，２２’ 光電気変換装置
２３ 導波路フィルム
２３ａ 導波路
２３ｂ ベース層
２３ｃ，２３ｃ１〜２３ｃ３ 電気信号線
３１ ソケット
３１ａ，３２ａ 接点
３１ｂ，３２ｂ 端子
３２ ヘッダ
３３ マウント基板
３４ 光電変換素子
３４ａ ＶＣＳＥＬ
３４ｂ フォトダイオード
３５ ドライバＩＣ
３５ａ ドライバアンプ
３５ｂ１ ＴＩＡ
３５ｂ２ アンプ
３６ ミラー部
３７ 内部導波路
３７ａ 導波路
３７ｂ クラッド層
３８ バンプ
３９ 導波路形成用溝
４０ 銅箔
４１ 差動アンプ
４２ 制御回路

Claims (5)

1. 光導波路で相互に接続された光電気変換装置間で光信号によって通信を行うようにした光通信装置において、
   前記光導波路に並設される電気信号線と、
   伝送された光信号に基づく信号を前記電気信号線を介して受信側の光電気変換装置から送信側の光電気変換装置へフィードバックするフィードバック回路とを含むことを特徴とする光通信装置。
2. 受信側の前記光電気変換装置のフィードバック回路から送信側の前記光電気変換装置へフィードバックされる信号は、発光素子のパワーコントロール信号であることを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
3. 前記光導波路には、前記電気信号線が並行に敷設されていることを特徴とする請求項１または２記載の光通信装置。
4. 送信側の前記光電気変換装置は、レーザダイオードによって前記光信号を送信し、
   前記光導波路の端部は、前記光電気変換装置の搭載基板に接合され、前記光信号の送信側では、その接合部分に、前記光導波路の離脱を検知するパターンが形成され、
   前記送信側の光電気変換装置には、前記パターンによって光導波路の離脱が検知されると、前記レーザダイオードの駆動回路は、レーザ発振を停止させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光通信装置。
5. 前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の光通信装置を用いることを特徴とする電子機器。

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