JP2009134203A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】遮光及び光素子保護機能を有し、外部から接続状態を確認できる信頼性に優れた光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュールボディ４０の開口部４２ｂ内に光プラグの挿入方向に移動自在に収容され、光プラグの非接続時には導光穴４１ｂを遮蔽し、接続時には光プラグに押されて導光穴４１ｂを開放する位置に移動する保護ブロック５２と、保護プロック５２を光プラグの非接続時に導光穴４１ｂを遮蔽する位置に復帰させる復帰スプリング５３と、光モジュールボディ４０の表面に形成された位置決め穴４２ｆに挿通位置決めされて出入り自在に取り付けられ、一端が光モジュールボディ４０の外部に突出されている位置決めピン５４と、位置決めピン５４を付勢するスプリング５５とを具備する。位置決めピン５４は光プラグの接続時に光プラグの位置決め穴を挿通し、非接続時には保護ブロック５２を押圧固定する。
【選択図】図２

Description

この発明は発光素子や受光素子等の光素子を内蔵し、光導波路や光ファイバ等の光伝送媒体を保持した光プラグと接続される光伝送用の光モジュールに関する。

図８はこの種の光モジュールの従来例として、特許文献１に記載されている光モジュールの構成及びその光モジュールと光ファイバを保持した光プラグ（光コネクタ）とが接続される様子を示したものであり、図中、１０は光モジュールを示し、２０は光プラグを示す。

光モジュール１０は光素子（発光素子もしくは受光素子）１１を内蔵した光ユニット１２とハウジングケース１３と可動遮断壁１４とで構成されている。ハウジングケース１３には光プラグ２０のプラグ部２０ａが挿入される第１の挿入孔１５と、光プラグ２０の光ファイバ２１を保持した先端部２０ｂが挿入される第２の挿入孔１６とが形成されている。ハウジングケース１３の挿入孔１６の上部内壁には始端部（下端部）が挿入孔１６に連通し、終端部（上端部）が斜め上方に位置するガイド溝１７が形成されており、このガイド溝１７に可動遮断壁１４が摺動自在に設けられている。

光プラグ２０の非接続時には図８Ａに示したように、可動遮断壁１４はその自重により光ユニット１２の光素子１１の前面を覆い、第２の挿入孔１６を閉じるように、ガイド溝１７に沿って降下しており、光モジュール１０の外部と光ユニット１２とを遮断する状態にある。

光モジュール１０に光プラグ２０を挿入していくと、図８Ｂに示したように可動遮断壁１４は光プラグ２０の先端部２０ｂに押されることでガイド溝１７に沿って斜め上方向に移動する。

そして、図８Ｃに示したように光モジュール１０へ光プラグ２０を接続した時には可動遮断壁１４はガイド溝１７の終端部に移動した状態となり、これにより光ユニット１２の前面が開放され、光プラグ２０と光素子１１とが光学的に接続される。光モジュール１０から光プラグ２０を引き抜けば、その自重により可動遮断壁１４はガイド溝１７に沿って降下し、図８Ａの状態に戻る。

このように、この例によれば光プラグ２０の非接続時には可動遮断壁１４が光ユニット１２の光素子１１の前面を覆うため、これにより遮光や光ユニット１２の保護が行われるものとなっており、つまり光プラグ２０の非接続時に、例えば光モジュール１０内の発光素子が発光しても光モジュール１０の外部に光が放射されるのを防止し、また例えば光モジュール１０内の受光素子に外部から光（外乱光）が入射するのを防止し、さらに光ユニット１２（光素子１１）の汚染を防止することができるものとなっている。
特開２００１−６６４７０号公報

上述したように、図８に示した従来の光モジュール１０はハウジングケース１３内に可動遮断壁１４を備えることにより、遮光及び光ユニット保護を行うものとなっているものの、可動遮断壁１４はその自重によりガイド溝１７内を降下して光モジュール１０の外部と光ユニット１２とを遮断する構造となっているため、光モジュール１０は可動遮断壁１４が自重により降下するような向きに配置する必要があり、よって光モジュール１０はその実装方向が制限される。

また、例えば異物等が混入した場合には可動遮断壁１４の動きが阻害される虞れがあり、その点で信頼性に劣るものとなっていた。さらに、光プラグ２０の非接続時に可動遮断壁１４が遮光及び光ユニット保護を行う位置に正しく位置しているか否か、外部から容易に確認することができないといった問題もある。

この発明の目的はこのような問題に鑑み、遮光機能及び光素子保護機能を有し、外部から光プラグ非接続時の遮光、光素子保護状態及び光プラグ接続状態をそれぞれ確認することができる信頼性に優れ、かつ実装自由度の高い光モジュールを提供することにある。

請求項１の発明によれば、光モジュールボディ内に発光部もしくは受光部の少なくとも一方を有する光素子が実装され、その光モジュールボディに形成された開口部に、光路を９０度曲げる反射面を備えた相手方光プラグが挿入されることで、光プラグと光素子とが光モジュールボディに設けられた導光穴を介して光学的に接続される構造とされた光モジュールは、開口部内に光プラグの挿入方向に移動自在に収容され、光プラグの非接続時には導光穴を遮蔽し、光プラグの接続時には光プラグに押されて導光穴を開放する位置に移動する保護ブロックと、その保護ブロックを光プラグの非接続時に導光穴を遮蔽する位置に復帰させる復帰スプリングと、光モジュールボディの表面に形成された位置決め穴に挿通位置決めされて光モジュールボディに出入り自在に取り付けられ、一端が光モジュールボディの外部に突出されている位置決めピンと、その位置決めピンを光モジュールボディに挿入する方向に付勢するスプリングとを具備するものとされ、位置決めピンは光プラグの接続時に光プラグの位置決め穴を挿通し、かつその先端が光モジュールボディの内部に形成された位置決め穴に挿入されて光プラグを位置決めし、光プラグの非接続時には保護ブロックを押圧固定する構成とされる。

請求項２の発明では請求項１の発明において、位置決めピンの内端が円錐形とされ、その内端と合致するさら穴が保護ブロックに形成されているものとされる。

請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、導光穴が透明なガラス材で塞がれているものとされる。

請求項４の発明では請求項１乃至３のいずれかの発明において、スプリングは板ばね材よりなり、スプリングの両端が光モジュールボディに支持され、中間部が位置決めピンの前記一端側と結合されているものとされる。

請求項５の発明では請求項４の発明において、スプリングは導電性を有し、光プラグの接続時にスプリングを介して導通される一対の電極が光モジュールボディに形成されているものとされる。

この発明によれば、遮光機能及び汚染に対する光素子保護機能を有し、外部からその遮光・光素子保護状態及び光プラグ接続状態をそれぞれ容易に確認することができる信頼性に優れ、かつ実装方向によらず、確実に光プラグ接続／非接続動作をする光モジュールを得ることができる。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１及び２はこの発明による光モジュールの一実施例の構成を示したものであり、図１Ａ〜Ｄはそれぞれ光モジュール３０の平面図、正面図、底面図及び側面図を示す。また、図２Ａは図１Ａと同様、光モジュール３０の平面図を示し、図２Ｂ，Ｃはそれぞれ図２ＡにおけるＤ−Ｄ断面及びＥ−Ｅ断面を示す。

この例では光モジュール３０は光モジュールボディ４０と光素子５１と保護ブロック５２と復帰スプリング５３と一対の位置決めピン５４とスプリング５５とよりなるものとされる。

光モジュールボディ４０はベース４１とガイド４２とによって構成されている。ベース４１は矩形板状をなし、この例では図２Ｂに示したように第１層４１_１と第２層４１_２とよりなる２層構成を有するものとされている。第２層４１_２には光素子５１を収容するための収容穴４１ａが形成されており、この収容穴４１ａの中央に位置するように第１層４１_１には導光穴４１ｂが貫通形成されている。また、第１層４１_１には図１Ｃ及び図２Ｃに示したように一対の位置決めピン５４を位置決めするための一対の位置決め穴４１ｃが貫通形成されている。

収容穴４１ａの底面をなす第１層４１_１の下面には所要の導電パターン４１ｄが形成されており、ベース４１の下面（第２層４１_２の下面）には一対の電極パッド４１ｅが形成されている。電極パッド４１ｅは図には示していないが、スルーホールを介して対応する導電パターン４１ｄと接続されており、ベース４１はいわゆる多層プリント配線板と同様の構造を有するものとされる。

一方、ベース４１上に搭載されているガイド４２はその上板部４２ａとベース４１の上面との間にベース４１の長手方向に延びる開口部４２ｂを形成する形状とされており、開口部４２ｂの開口端と反対側は側壁４２ｃによって蓋されている。ガイド４２は開口部４２ｂの両側にそれぞれ位置する固定部４２ｄがベース４１に例えば接着されて固定されている。

上板部４２ａ上にはスプリング５５を支持するための支持部４２ｅが上板部４２ａの上面との間に隙間を形成するように４箇所に突出形成されており、さらに一対の位置決めピン５４を位置決めするための一対の位置決め穴４２ｆが上板部４２ａに貫通形成されている。ベース４１及びガイド４２は例えば樹脂製とされる。なお、セラミック材によって形成することも可能である。

光素子５１は導光穴４１ｂに対して位置決めされてベース４１の導電パターン４１ｄ上に実装（表面実装）される。光素子５１はこの光モジュール３０が送信側であれば、例えば面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting Laser）やレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子とされ、受信側であれば例えばフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子とされる。図１Ｃ中、５１ａは光素子５１の電極を示し、５１ｂは発光部（受光部）を示す。なお、この例では光素子５１実装後、ベース４１の光素子５１を収容する収容穴４１ａにカバー４３が取り付けられ、このカバー４３によって収容穴４１ａが蓋されている。

保護ブロック５２は直方体状をなし、光モジュールボディ４０の開口部４２ｂに、その開口部４２ｂの延伸方向（ベース４１の長手方向）に移動自在に収容されている。保護ブロック５２の上面には一対のさら穴５２ａが形成されている。保護ブロック５２は例えばシリコーン樹脂製とされる。

復帰スプリング５３は開口部４２ｂ内において光モジュールボディ４０の側壁４２ｃと保護ブロック５２との間に収容されている。復帰スプリング５３はこの例ではくの字状をなす板ばね材によって構成されている。

一対の位置決めピン５４は光モジュールボディ４０の表面（ガイド４２の上板部４２ａ）に形成された一対の位置決め穴４２ｆに挿通位置決めされて光モジュールボディ４０に出入り自在に取り付けられており、その一端は光モジュールボディ４０の外部に突出されている。これら位置決めピン５４の他端（内端）５４ａは保護ブロック５２に形成されているさら穴５２ａと合致する円錐形とされている。

スプリング５５は板ばね材よりなり、矩形状をなす中間部５５ａと、その中間部５５ａから両側に突出延長された４つの脚部５５ｂとを有する。中間部５５ａには一対の穴５５ｃが形成されており、これら穴５５ｃの部分において一対の位置決めピン５４の一端側（外端側）と結合されている。位置決めピン５４のスプリング５５との結合部分にはその周面の互いに１８０°をなす位置に溝（図では隠れて見えない）が形成されており、スプリング５５はその穴５５ｃの周辺部が位置決めピン５４の溝にはめ込まれて取り付けられている。

スプリング５５の４つの脚部５５ｂはそれぞれ光モジュールボディ４０の上面に突出形成された支持部４２ｅの隙間に挿入されて支持部４２ｅに支持されており、このように取り付けられたスプリング５５は一対の位置決めピン５４を光モジュールボディ４０に挿入する方向に付勢している。

上記のような構成を有する光モジュール３０は図１及び２に示したように、相手方の光プラグが接続されていない状態（開口部４２ｂに光プラグが挿入嵌合されていない状態）では保護ブロック５２は導光穴４１ｂ上に位置し、導光穴４１ｂを遮蔽した状態となっている。なお、この状態で一対の位置決めピン５４はその内端５４ａが保護ブロック５２のさら穴５２ａにそれぞれ位置しており、これにより保護ブロック５２は位置決めされると共に、位置決めピン５４によって押圧されて固定されている。

図３及び４は上述した光モジュール３０と接続される光プラグの構成をそれぞれ示したものである。
図３に示した光プラグ６０は光伝送媒体として光導波路を用いるもので、直方体状をなすプラグボディ６１に形成された溝６１ａに光導波路６２が例えばＵＶ硬化型接着剤により接着されて固定されている。図中、６２ａは光導波路のコアを示す。
光導波路６２の端面は４５度に切断されており、その切断端面によって反射面６２ｂが形成されている。この反射面６２ｂにより光路は９０度曲げられ、例えば光導波路６２を伝播してきた光は図において光プラグ６０の下方に放射される。

プラグボディ６１は例えば樹脂材やセラミック材によって形成される。プラグボディ６１には図３Ａに示したように一対の位置決め穴６１ｂが貫通形成されている。

一方、図４に示した光プラグ６０’は光伝送媒体として光ファイバを用いるもので、プラグボディ６１’にはこの例ではＶ溝６１ｃが形成されており、このＶ溝６１ｃに光ファイバ６３が接着固定されている。プラグボディ６１’には一対の位置決め穴６１ｂが図３に示したプラグボディ６１と同様に形成されている。Ｖ溝６１ｃの先端（内端）にはＶ溝６１ｃの延伸方向に対して４５度をなす反射面６１ｄが形成されており、この反射面６１ｄにより図３に示した光プラグ６０と同様、光路が９０度曲げられている。

なお、図３及び４ではそれぞれ光導波路６２及び光ファイバ６３を接着によりプラグボディ６１，６１’に取り付ける構造としたが、これに替え、薄い取り付け板をプラグボディに取り付ける構造とし、その取り付け板によって光伝送媒体を固定するようにしてもよい。

次に、上述した光プラグ６０が光モジュール３０に接続される様子を図５及び６を参照して説明する。

図５に示したように光プラグ６０を光モジュール３０の開口部４２ｂに挿入する。光プラグ６０の挿入を進めて行くと、光プラグ６０は開口部４２ｂ内に光プラグ６０の挿入方向に移動自在に収容されている保護ブロック５２と当たり、保護ブロック５２は光プラグ６０に押され、復帰スプリング５３の弾性力に抗して移動する。そして、保護ブロック５２は導光穴４１ｂを開放する位置に移動し、これに替わって光プラグ６０が導光穴４１ｂ上に到達する。

光プラグ６０の一対の位置決め穴６１ｂが一対の位置決めピン５４の下方に来ると、位置決めピン５４はスプリング５５による付勢力によって図６に示したように位置決め穴６１ｂを挿通し、さらにその内端（先端）が光モジュールボディ４０の内部に形成されている（ベース４１に形成されている）位置決め穴４１ｃに到達して挿入される。これにより、光プラグ６０は光モジュール３０に対して高精度に位置決め固定され、光素子５１と光プラグ６０とが導光穴４１ｂを介して光学的に接続される。

一方、光プラグ６０を光モジュール３０から引き抜く場合には適当な治具等を使用して位置決めピン５４を持ち上げ、光プラグ６０の位置決め穴６１ｂとの係合を解除する。光プラグ６０を引き抜くと、保護ブロック５２は復帰スプリング５３の弾性復元力によって導光穴４１ｂの上方へ復帰し、図５に示した状態となって再び導光穴４１ｂを遮蔽する。

以上説明したように、この例では光プラグ６０の非接続時には保護ブロック５２が導光穴４１ｂの上方に位置して、光素子５１と光プラグ６０との接続光路を構成する導光穴４１ｂを遮蔽する。従って、光素子５１及び導光穴４１ｂを汚染から保護することができ、また光素子５１が発光素子の場合には例えば発光しても光が外部に放射されるのを防止することができ、光素子５１が受光素子の場合には例えば外乱光が入射するのを防止することができる。なお、保護ブロック５２は位置決めピン５４によって位置決めされ、かつ押圧固定されているため、遮光及び光素子保護は確実に行われるものとなっている。

一方、光プラグ６０の接続時には光プラグ６０が光素子５１に対し、位置決めピン５４によって高精度に位置決めされるため、高効率の光接続状態を実現することができる。

また、光プラグ６０の非接続状態、言い換えれば遮光・光素子保護状態と、光プラグ６０の接続状態とは位置決めピン５４の突出状態により容易に確認することができる。

加えて、位置決めピン５４による保護ブロック５２の押圧及び光プラグ６０の位置決め穴６１ｂへの位置決めピン５４の挿入はスプリング５５の付勢力によって行われ、光プラグ６０によって押された保護ブロック５２の元の位置への復帰も復帰スプリング５３によって行われるものとなっているため、光モジュール３０の実装方向（実装状態）によらず、確実な動作状態を得ることができる。

なお、光素子５１と光プラグ６０との位置決め精度は位置決めピン５４の径、光モジュール３０の位置決め穴４２ｆ，４１ｃの径、光プラグ６０の位置決め穴６１ｂの径の各精度及び光素子５１の位置決め穴４１ｃに対する実装精度により決定される。光素子５１は例えばフリップチップ実装（ＦＣＢ）法を用いて５μｍ以下の実装精度を得ることが可能であり、また位置決めピン５４の直径に対して位置決め穴４２ｆ，４１ｃ，６１ｂの直径を最大２μｍ程度大きく設定することにより、光素子５１と光プラグ６０との位置決め精度として６μｍの精度を実現することができる。

上述した実施例では光モジュール３０には光素子５１が１個実装されているが、光素子のみでなく、光素子の駆動用ＩＣや光電流増幅用といった検出用ＩＣ等を実装してもよい。また、複数の光素子、例えば発光素子と受光素子とを実装し、光送受信モジュールとすることもできる。

光素子５１と光プラグ６０との光路を構成する導光穴４１ｂは上述した実施例では中空としているが、この導光穴４１ｂに透明なガラス材を配置して導光穴４１ｂを塞ぎ、光素子５１が開口部４２ｂから遮断される構造とすることもできる。

また、光モジュールボディ４０の下面（ベース４１の下面）には光素子５１に対する電気信号接続用の電極パッド４１ｅが形成されているが、この電極パッド４１ｅに加え、光モジュール３０を基板上に実装する場合の固定用パッド（電極パッド）を形成してもよい。

図７はこの発明による光モジュールの他の実施例を示したものであり、この例では光モジュールボディ４０の上面（ガイド４２の上面）に、スプリング５５と対向するように一対の電極４４が形成されている。スプリング５５は導電性を有するものとされる。一対の電極４４は図には示していないが、配線パターン、スルーホールを介して光モジュールボディ４０の下面に形成された一対の電極パッド４５（図では重なっている）にそれぞれ接続されている。

この例では前述の図６に示したように光プラグ６０が接続されると、一対の電極４４がスプリング５５を介して導通される。従って、一対の電極パッド４５間の導通、非導通を検出することにより、光プラグ６０の接続状態を目視によらず、離れた位置からでも確認することができる。

この発明による光モジュールの一実施例を示す図、Ａは平面図、Ｂは正面図、Ｃは底面図、Ｄは側面図。 この発明による光モジュールの一実施例を示す図、Ａは平面図、ＢはそのＤ−Ｄ断面図、ＣはそのＥ−Ｅ断面図。 図１に示した光モジュールと接続される光プラグの一構成例を示す図、Ａは平面図、Ｂは側面図、Ｃは断面図。 図１に示した光モジュールと接続される光プラグの他の構成例を示す図、Ａは平面図、Ｂは側面図、Ｃは断面図。 光モジュールに光プラグが接続される様子を示す図、Ａは平面図、Ｂは断面図。 光モジュールに対する光プラグの接続完了状態を示す図、Ａは平面図、Ｂは断面図。 この発明による光モジュールの他の実施例を示す図、Ａは平面図、Ｂは正面図。 光モジュールの従来構成例及び光プラグと接続される様子を示す図。

Claims (5)

1. 光モジュールボディ内に発光部もしくは受光部の少なくとも一方を有する光素子が実装され、その光モジュールボディに形成された開口部に、光路を９０度曲げる反射面を備えた相手方光プラグが挿入されることで、光プラグと光素子とが光モジュールボディに設けられた導光穴を介して光学的に接続される構造とされた光モジュールであって、
   前記開口部内に前記光プラグの挿入方向に移動自在に収容され、前記光プラグの非接続時には前記導光穴を遮蔽し、前記光プラグの接続時には前記光プラグに押されて前記導光穴を開放する位置に移動する保護ブロックと、
   その保護ブロックを、前記光プラグの非接続時に前記導光穴を遮蔽する位置に復帰させる復帰スプリングと、
   前記光モジュールボディの表面に形成された位置決め穴に挿通位置決めされて前記光モジュールボディに出入り自在に取り付けられ、一端が前記光モジュールボディの外部に突出されている位置決めピンと、
   その位置決めピンを前記光モジュールボディに挿入する方向に付勢するスプリングとを具備し、
   前記位置決めピンは前記光プラグの接続時に光プラグの位置決め穴を挿通し、かつその先端が前記光モジュールボディの内部に形成された位置決め穴に挿入されて前記光プラグを位置決めし、前記光プラグの非接続時には前記保護ブロックを押圧固定する構成とされていることを特徴とする光モジュール。
2. 請求項１記載の光モジュールにおいて、
   前記位置決めピンの内端が円錐形とされ、その内端と合致するさら穴が前記保護ブロックに形成されていることを特徴とする光モジュール。
3. 請求項１又は２記載の光モジュールにおいて、
   前記導光穴が透明なガラス材で塞がれていることを特徴とする光モジュール。
4. 請求項１乃至３記載のいずれかの光モジュールにおいて、
   前記スプリングは板ばね材よりなり、
   前記スプリングの両端が前記光モジュールボディに支持され、中間部が前記位置決めピンの前記一端側と結合されていることを特徴とする光モジュール。
5. 請求項４記載の光モジュールにおいて、
   前記スプリングは導電性を有し、前記光プラグの接続時に前記スプリングを介して導通される一対の電極が前記光モジュールボディに形成されていることを特徴とする光モジュール。

Images