JP2008151936A - 光トランシーバ - Google Patents

Abstract

【課題】１０ＧＨｚ以上の帯域でのシールドを安価な構成で実現する光トランシーバを提供する。
【解決手段】光トランシーバ１は、底壁、側壁及びＵ字状切れ込み１１ｊを有する前壁を有し、光サブアセンブリ（ＯＳＡ）１３と電子回路を実装した回路基板とを搭載する筐体フレーム１１と、上壁、Ｕ字状切れ込み１２ａを有する前壁及び当該前壁と連続する側壁を有するシールドキャップ１２と、を備える。筺体フレーム１１とシールドキャップ１２とは、それぞれのＵ字状切れ込み１１ｊ，１２ａが一の開口を形成するように組立てられており、シールドキャップ１２がＯＳＡ１３を覆うようにＯＳＡ１３は開口に装着されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光信号を送受信する光通信システムに用いられるプラガブル型の光トランシーバに関する。

プラガブル型の光トランシーバは、ホスト装置（ホストシステム）のケージに挿入されて用いられる。ケージは一端が開放された金属製の箱型部品であり、ホスト装置に搭載され、奥部側に電気コネクタを有し、その開放端側はホスト装置のフェースパネルに開口される。プラガブル型の光トランシーバは、このようにホスト装置に搭載されたケージに挿入され、その後端に備えたプラグがケージ内の電気コネクタに挿入されて用いられる。

上述のプラガブル型の光トランシーバは、光コネクタを接続するレセプタクルを有し、光コネクタを介して光ファイバケーブルと光サブアセンブリとを光結合させることで光送信及び光受信の双方の機能を発揮するものである。光トランシーバにおいては、高速通信を行うために、光サブアセンブリ及びそれらを駆動させる回路を高周波で動作させる必要があるため、外部機器に影響を及ぼす可能性がある電磁波を発生する。

特許文献１に記載の光トランシーバでは、電磁波をシールドするため、特に、レセプタクル（及びケージ）の開口部分からの電磁波をシールドするために、レセプタクルの開口を塞ぐようにレセプタクル及び光サブアセンブリに取付けられる金属製のシールド板を設けている。このシールド板は、レセプタクルを介して取付けられ、ケージに複数の弾性片を当接させて、電磁波をシールドするようにしている。
米国特許第６，４７４４，６３９号明細書

しかし、上述のような電磁波シールド構造に隙間があると、高速伝送時に電磁波を十分にシールド（減衰）することができない。一般に、隙間と電磁波の減衰量の関係は次の数式で表される。
S = 20 log (λ / 2D)

上式中、Ｓは減衰量（単位：ｄＢ）、λは波長（単位：ｍｍ）、Ｄは隙間（単位：ｍｍ）である。１０Ｇｂｐｓの高速伝送において支配的なノイズである１０ＧＨｚの電磁波（大気中の波長約３０ｍｍ）を３０ｄＢ減衰させるためには、上式から、隙間を０．５ｍｍ以下に狭める必要がある。
上記の特許文献１の光トランシーバは、シールド板の弾性片がレセプタクルのスリットを介して筐体外部へ露出する構造となっており、弾性片間に隙間を有する。この隙間を、上記ノイズのシールドに許容される隙間（０．５ｍｍ）とするためには、レセプタクルに許されるスリット間の幅が０．５ｍｍ以下の薄肉となるため、強度的な問題から事実上構成できない。

１０Ｇｂｐｓ以上の伝送レートにおいては、必要な減衰量を確保できる隙間以下でノイズ発生源全体を包み込むようなシールドが必須となる。したがって、筐体の構成としては、全体を金属部材で構成し、全体を隙間無く覆うことが理想的だが、これには経済的な面からの制約が伴う可能性がある。基板、光サブアセンブリなどの機能部品をシールドするためには、通常、異型形状の最低２つの筐体部品が必要となる。これらの異型形状の筐体部品を用いたうえで隙間無くシールドするためには、筐体部品のカスタマイズは必須となり、初期投資がかかる等、低コスト化は容易でない。それよりも、単純形状部品を組み合わせたほうがコスト的に有利となる場合もあり、シールド性能をパラメータとし、これらのバランスをとることが肝要である。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、１０ＧＨｚ以上の帯域でのシールドを安価な構成で実現する光トランシーバを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光トランシーバは、底壁、側壁及びＵ字状切れ込みを有する前壁を有し、光サブアセンブリと電子回路を実装した回路基板を搭載する筐体フレームと、上壁、Ｕ字状切れ込みを有する前壁及び当該前壁と連続する側壁を有するシールドキャップと、を備え、筺体フレームとシールドキャップとが、それぞれのＵ字状切れ込みが一の開口を形成するように組立てられており、シールドキャップが光サブアセンブリを覆うように光サブアセンブリは開口に装着されていることを特徴とする。

また、シールドキャップ及び筐体フレームが金属板の接断及び折り曲げ加工のみによって形成されていることが好ましい。光トランシーバが、シールドキャップ及び光サブアセンブリの外周を接地する接地フィンガを更に備え、接地フィンガが金属板の接断及び折り曲げ加工のみによって形成されていることも好ましい。また、光サブアセンブリが、光結合する半導体素子を搭載する本体部と、レセプタクルと係合するスリーブ部とを有し、スリーブ部の基部に設けたフランジにより本体部との間に形成された環状溝に、レセプタクル、接地フィンガ、シールドキャップ、筐体フレームの係合部が嵌め込まれていると好適である。

本発明の光トランシーバによれば、単純な構造のキャップを用いることで、実質的に光サブアセンブリをシールドすることができる。

図１は、本発明による光トランシーバの外観の一例を示す図である。本発明による光トランシーバ１は、例えば、プラガブル型の形態を有するものであって、図１に示すように、基本的な構造・形状は従来のものと同様で、例えば、直方体形状の金属カバー（以下、カバーという）１８で全体が保護され、光コネクタ（図示せず）が挿入されるレセプタクル１６が取付けられている。本実施形態の光トランシーバ１の説明においては、図１のＸ軸方向において、レセプタクル１６側を前方とし、反対側を後方とする。また前後方向に直交する方向のうち図１のＹ方向を左右方向とし、図１のＺ方向を上下方向とする。

レセプタクル１６の前側には、光コネクタが着脱される一対の開口１６ｃが設けられており、また、図示していないが、光トランシーバ１をホストシステムのケージに着脱するのに用いられるベールが取付けられる。光トランシーバ１内には、送信サブアセンブリ（ＴＯＳＡ：Transmitting Optical Sub-Assembly）及び受信サブアセンブリ（ＲＯＳＡ：Receiving Optical Sub-Assembly）の光サブアセンブリ（ＯＳＡ：Optical Sub-Assembly）を搭載するとともに、光信号の送受信を行うための増幅素子等の電子部品や電子回路を実装する回路基板等を備えている。

光トランシーバ１の後側には電気コネクタ（図示せず）が配置されていて、光トランシーバ１がホストシステムのケージに装着された際には、ホストシステムに電気的に接続されて通信可能状態とされる。また、光トランシーバ１の下部には、ケージへの装着を係止する、あるいは、当該係止を解除するラッチ機構等（図示せず）が設けられている。

また、本実施形態においても、トランシーバ全体を保護するカバー１８には、従来と同様に、ホストシステムのケージの内面に接触させてケージを介してホストパネルに電気的に接地する構造が用いられる。電気的な接地は、できるだけケージの開口縁部の近くで形成するのが望ましく、カバー１８がケージの前端部分に位置する部分に後述する複数の接地フィンガ１７が設けられる。カバー１８はその先端部側面に形成された開口１８ａをレセプタクル１６の側面に形成された突起１６ｂに係合することで、光トランシーバ本体と組立てられる。

以上のように、本発明による光トランシーバでは、後述する筐体フレーム上にＯＳＡ及び回路基板を搭載し、後述するシールドキャップでＯＳＡを覆い、筐体フレーム及びシールドキャップを接地フィンガ及びカバーを介して接地することにより、光トランシーバをシールドするようにしている。

次に、本発明の主要部に関わる、筐体フレーム及びシールドキャップについて、図２〜図４を用いて説明する。
図２は、本発明に係る光トランシーバの筐体フレームの一例を示す図で、図２（Ａ）は、筐体フレームにＯＳＡ及び回路基板を実装した状態を示し、図２（Ｂ）は、それらを実装していない状態を示している。図３は、本発明に係る光トランシーバのシールドキャップの一例を示す図で、図３（Ａ）は、シールドキャップの外観を示し、図３（Ｂ）はシールドキャップの展開図を示している。また、図４は、シールドキャップの装着状態を説明する図で、図４（Ａ）は、図２（Ｂ）のように組み上げられたものにシールドキャップを被せたときの状態を示し、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の状態を前側から見た様子を、ＯＳＡを省略して示している。

ＯＳＡ１３は、図２（Ａ）に示すように、光ファイバと光結合するレーザダイオード等の光電変換素子を搭載する本体部１３ａと、光ファイバを有する光コネクタをガイドするスリーブ部１３ｂを備える。
また、光トランシーバの骨格をなす筐体フレーム１１は、鉄，ステンレス等の一枚の金属板材を切断／折曲加工して得られるもので、ＯＳＡ１３の本体部１３ａを保持するアセンブリ保持部１１ａと、ＩＣ１４ａを含む電子回路等を実装する回路基板１４を保持する回路基板保持部１１ｂを有する。

図２（Ｂ）に示すように、アセンブリ保持部１１ａは、第１底壁１１ｃと、この第１底壁１１ｃの左右から立ち上がる一対の側壁１１ｄと、側壁１１ｄの一部を形成しその上部に後述のシールドキャップが当接するシールドキャップ当接部１１ｈと、シールドキャップ当接部１１ｈの前方から側方曲げ部１１ｇを介して左右方向に延び筐体フレーム１１の最前方に位置する前方壁１１ｆと、この前方壁１１ｆの下部から下方曲げ部１１ｅを介して後方に延びる第２底壁１１ｉとを含む。側方曲げ部１１ｇ及び下方部曲げ部１１ｅでは金属板材が直角に曲げられ、第１底壁１１ｃと第２底壁１１ｉとの間にほとんど隙間が無く、第１底壁と第２底壁が同一平面を形成するようになっている。

また、アセンブリ保持部１１ａの前方壁１１ｆにはＵ字型のＵ字状切れ込み１１ｊが形成されており、Ｕ字状切れ込み１１ｊのＵ字の下部（Ｕ字の曲率を有する部分）は、円筒が組み合わされた形状のＯＳＡ１３のスリーブ部１３ｂの外周形状をなぞるような、半円形状で形成されている。したがって、ＯＳＡ１３が実装されたとき、図２に示すように、ＯＳＡ１３は筐体フレーム１１の前方壁１１ｆに設けられたＵ字状切れ込み１１ｊに嵌るようになっている。

筐体フレーム１１の回路基板保持部１１ｂは、図２に示すように、第１底壁１１ｃと側壁１１ｄを含み、回路基板保持部１１ｂの側壁１１ｄ上に回路基板１４は実装される。この側壁１１ｄには突起１１ｋが形成されており、この突起１１ｋは回路基板１４の切込み１４ａと係合して回路基板１４の位置決めをする。側壁１１ｄの後方は、上方に延長されて後述の放熱板と係合する放熱板係合部１１ｌを形成している。
なお、図示していないが、回路基板保持部１１ｂに保持される回路基板１４と、アセンブリ保持部１１ａに保持されるＯＳＡ１３との接続は、リードピン接続でも良いし、フレキシブル回路基板等で行うようにしても良い。

上述のように、底壁，前方壁，側壁の３壁を有する上方開放の筐体フレームに、ＯＳＡ及び回路基板が収容されるが、筐体フレームのＯＳＡを搭載した部分の上方開放部はシールドキャップで覆われる。
シールドキャップ１２は、図３に示すように、薄板板金の折り曲げによって構成され、第１〜第６の面Ａ〜Ｆ（以下、面Ａ〜Ｆと省略）を含む。６つの面Ａ〜Ｆのうちの一つに、ＯＳＡが嵌る２つのＵ字状切れ込み１２ａが形成されている（図３の例では、面Ａに形成）。また、面Ｃと面Ｄの間、及び面Ｅと面Ｆとの間には、それぞれ狭幅の切込み１２ｂが面Ａに達するまで形成されている。

図４（Ａ）に示すように、シールドキャップ１２は、ＯＳＡ１３の本体部１３ａと、筐体フレーム１１のシールドキャップ当接部１１ｈ（図２参照）を覆う。シールドキャップ１２のＵ字状切れ込み１２ａの上部（Ｕ字の曲率を有する部分）は、筐体フレーム１１の前方壁１１ｆのものと同様に、ＯＳＡ１３のスリーブ部１３ｂの外周形状をなぞるような、半円形状で形成されている。したがって、ＯＳＡ１３が実装されたとき、ＯＳＡ１３はシールドキャップ１２のＵ字状切れ込み１２ａに嵌るようになっている。
このときのシールドキャップ１２及び筐体フレーム１１のＵ字状切れ込み１２ａ，１１ｊ付近の様子は図４（Ｂ）に示す通りで、シールドキャップ１２のＵ字状切れ込み１２ａは、筐体フレーム１１のＵ字状切れ込み１１ｊとはお互い逆向きに配置され、両方のＵ字のＲ部分で円形をなすように組み合わされる。すなわち、筺体フレーム１１とシールドキャップ１２は、それぞれのＵ字状切れ込み１１ｊ，１２ａが一の開口を形成するように組立てられる。この開口にＯＳＡ１３は装着される。

図３に戻って説明すると、例えば、図３の面Ａ，面Ｂ，面Ｄ及び面Ｆの４面あればシールドキャップを構成することは可能である。しかし、その場合は薄板板金を折り曲げてシールドキャップを作成すると、面Ａと面Ｄ、及び面Ａと面Ｆの間にはスリット（隙間）の形成が避けられない。
そこで、本発明においては、面Ａ，面Ｂ，面Ｄ及び面Ｆに加えて、面Ａから連続する面Ｃ及び面Ｅを設け、薄板板金の折り曲げ時（すなわちシールドキャップの作成時）に、面Ｃ及び面Ｅがそれぞれ面Ｄ及び面Ｆに折り重なるよう直角に曲げることで、上記スリットを塞ぐことができる。

ここで、本発明に係るシールドキャップの作成方法について、図３（Ｂ）を参照して詳述する。シールドキャップ１２を作成するには、互いの延長線が一致する一対の切込み１２ｂを有する金属板の一辺を切込み１２ｂの延長線１２ｃに沿って直角に折り曲げ、折り曲げた片を前片（面Ａ）とし、延長線１２ｃを介して連接するもう一方の片を上片（面Ｂ）とする。そして、上片の両側辺を切込み１２ｂの終端部で延長線１２ｃに直交する折り曲げ線１２ｄに沿って直角に折り曲げで側片（面Ｄ，面Ｆ）とする。そして、前片（面Ａ）の両側部を上記側片（面Ｄ，面Ｆ）に重なるように直角に折り曲げ、側片（面Ｃ，面Ｅ）とする。このとき、前片（面Ａ）に相当する部分に予め上述のＵ字状切れ込み１２ａを設けておけば、図３（Ａ）に示すシールドキャップとなる。

上述のように作成されたシールドキャップにおいて、板金曲げ加工に必要な曲げ半径（最小曲げ半径）は０．２ｍｍ程度であるため、これによって面Ａ〜Ｄが集合する角部１２ｅ、及び面Ａ、面Ｂ、面Ｅ、面Ｆが集合する角部１２ｆには最悪の場合直径０．４ｍｍの穴が形成される可能性がある。これは、１０ＧＨｚのシールド３０ｄＢに必要なサイズ０．５ｍｍ以下であり事実上の問題はない。

次に、図５〜図８を参照して、図４の状態まで組立てられたものを、図１の光トランシーバに組み付けていくときの様子、及び、そのときの部品（シールドキャップや筐体フレーム等）同士の接触状態について説明する。
図５は、レセプタクルを組み付けるときの様子を示す図で、図５（Ａ）は、上後方から見た図を示し、図５（Ｂ）は、下前方から見たときの様子を示している。また、図６は、レセプタクルを組み付けた後の部品同士の接触状態を説明する断面図で、図７は、金属カバーを取付けるときの様子を示す図で、図８は、金属カバーを取付けた後の各部品の接触状態を説明する断面図である。

本発明の光トランシーバを完成させていくために、図４の状態まで組立てた後に放熱基板１５を取付け、さらに、図５に示すように、レセプタクル１６及び接地フィンガ１７を組み付ける。この接地フィンガ１７はレセプタクル１６に取付けられ、一体部品として構成されている。レセプタクル１６（及び接地フィンガ１７）は、レセプタクル１６に設けられたＵ字縁１６ａと、ＯＳＡ１３に設けられた環状溝１３ｃを係合させることによって取付けられる。

レセプタクル１６が組み付けられたときの部品同士の接触（係合）状態は図６に示すとおりであって、ＯＳＡ１３の環状溝１３ｃに、レセプタクル１６のＵ字縁１６ａに加え、接地フィンガ１７及びシールドキャップ１２、さらに筐体フレーム１１を同時に挟み込んでいる。すなわち、レセプタクル１６、接地フィンガ１７、シールドキャップ１２及び筐体フレーム１１それぞれのＯＳＡ１３に接触する部分は、それぞれＯＳＡ１３の先端（スリーブ）の断面形状をトレースするようにＵ字状の断面を有しており、ＯＳＡ１３のフランジ１３ｄとＯＳＡ１３の本体部１３ａとの間に形成される隙間（環状溝１３ｃ）に、このＵ字状の断面部を挟み込んで相互の位置を調整しつつＯＳＡ１３に固定されている。

このとき、板金部品で構成された筐体フレーム１１、シールドキャップ１２、接地フィンガ１７の板厚はそれぞれ０．０２ｍｍ以下の精度であることから、０．０６ｍｍ（０．０２×３）の厚みのばらつきを吸収するように、スリーブ部１３ｂの基部に設けられたＯＳＡ１３のフランジ１３ｄと本体部１３ａとの隙間（環状溝１３ｃ）の幅、レセプタクル１６のＵ字縁１６ａの厚みを管理することで、これら３つのシールド金属（ＯＳＡが金属で構成される場合には合計４つの金属）が面接触状態と成り、これらの良好な導通状態を維持することができる。

最後に、本光トランシーバは、カバーが取付けられ完成する。カバー１８は、図７に示すように、筐体フレーム１１の長手方向に対しレセプタクル１６とは反対側の端から挿入される。シールドキャップ１２は、図８の断面図に示すように、内側に筐体フレーム１１を覆い、その外側がカバー１８で覆われており、また、シールドキャップ１２の周囲面とカバー１８とは大きく重なっていることから容易に接触を確保することが可能で、１０ＧＨｚ対応のリンクで問題となる隙間０．５ｍｍ以下の条件を克服することが可能である。カバー１８が取付けられると、図１の状態になり、本発明の光トランシーバは完成する。

このように、本構成によって、ノイズ源となる回路基板１４及びＯＳＡ１３の接続部は、シールドキャップ１２，筐体フレーム１１，接地フィンガ１７及びカバー１８によって所望の隙間以下で覆うことが可能となる。
外部のフレームグランドとの接触をはたす接地フィンガ１７は、ＯＳＡ１３とレセプタクル１６によって、本体シールド部材（シールドキャップ１２、筐体フレーム１１）との固定、および電気的接触がなされるため、フィンガ形状そのものはいかなる形状も可能である。

本発明による光トランシーバの外観の一例を示す図である。 本発明に係る光トランシーバの筐体フレームの一例を示す図である。 本発明に係る光トランシーバのシールドキャップの一例を示す図である。 シールドキャップの装着状態を説明する図である。 レセプタクルを組み付けるときの様子を示す図である。 レセプタクルを組み付けた後の部品同士の接触状態を説明する断面図である。 金属カバーを取付けるときの様子を示す図である。 金属カバーを取付けた後の各部品の接触状態を説明する断面図である。

符号の説明

１…光トランシーバ、１１…筐体フレーム、１１ａ…アセンブリ保持部、１１ｂ…回路基板保持部、１１ｃ…第１底壁、１１ｄ…側壁、１１ｅ…下方曲げ部、１１ｆ…前方壁、１１ｇ…側方曲げ部、１１ｈ…シールドキャップ当接部、１１ｉ…第２底壁、１１ｊ…Ｕ字状切れ込み、１１ｋ…突起、１１ｌ…放熱板係合部、１２…シールドキャップ、１２ａ…Ｕ字状切れ込み、１２ｂ…切込み、１２ｃ…延長線、１２ｄ…折り曲げ線、１２ｅ，１２ｆ…角部、１３…ＯＳＡ、１３ａ…本体部、１３ｂ…スリーブ部、１３ｃ…環状溝、１３ｄ…フランジ、１４…回路基板、１４ａ…ＩＣ、１５…放熱基板、１６…レセプタクル、１６ａ…Ｕ字縁、１６ｂ…突起、１６ｃ…開口、１７…接地フィンガ、１８…カバー、１８ａ…開口。

Claims (4)

1. 底壁、側壁及びＵ字状切れ込みを有する前壁を有し、光サブアセンブリと電子回路を実装した回路基板を搭載する筐体フレームと、
   上壁、Ｕ字状切れ込みを有する前壁及び該前壁と連続する側壁を有するシールドキャップと、を備え、
   前記筺体フレームと前記シールドキャップとは、それぞれの前記Ｕ字状切れ込みが一の開口を形成するように組立てられており、前記シールドキャップが前記光サブアセンブリを覆うように前記光サブアセンブリは前記開口に装着されていることを特徴とする光トランシーバ。
2. 前記シールドキャップ及び前記筐体フレームが金属板の接断及び折り曲げ加工のみによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
3. 前記シールドキャップ及び前記光サブアセンブリの外周を接地する接地フィンガを更に備え、該接地フィンガが金属板の接断及び折り曲げ加工のみによって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光トランシーバ。
4. 前記光サブアセンブリが、光結合する半導体素子を搭載する本体部と、レセプタクルと係合するスリーブ部とを有し、前記スリーブ部の基部に設けたフランジにより前記本体部との間に形成された環状溝に、前記レセプタクル、前記接地フィンガ、前記シールドキャップ、前記筐体フレームの係合部が嵌め込まれていることを特徴とする請求項１または３に記載の光トランシーバ。

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