JP2009151051A - 一芯双方向光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】単一の波長での光通信が可能な一芯双方向光通信モジュールを提供する。
【解決手段】回路基板７に対して垂直方向に進行する発光素子８から出射された送信光１７は、送信側レンズ１４を透過して送信側光学部２２において光路が変更される。そして、光路が変更された送信光１７は、このまま光ファイバ２の端面に入射する。一方、光ファイバ２の端面から出射され光ファイバ２の光軸方向に進行する受信光１８は、受信側光学部２３において光路が変更され受信側レンズ１５に入射する。そして、この受信側レンズ１５を透過した後には、受光素子９で受光される。送信光１７は、送信側光学部２２において曲げられて光路が変わるが、この曲げ方向は受信側光学部２３と異なる。一芯双方向光通信モジュール１は、送信光１７と受信光１８とが別々の経路を通る構造となる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、一本の光ファイバを介して光の送受信を行う双方向光通信に用いられる一芯双方向光通信モジュールに関する。

下記特許文献１、２に開示される従来の一芯双方向光通信モジュールは、第１の波長帯の送信光を出射する発光素子部品と、光ファイバから伝播してきた第２の波長帯の受信光が入射する受光素子部品と、上記送信光を透過し且つ上記受信光を反射する光路変更素子部品（光フィルタ）と、発光素子部品を光ファイバの光軸上に配置するとともに受光素子部品を発光素子部品の直交方向に配置する筐体とを備えて構成されている。
特開２００７−１７９０３号公報 特開２００５−３８１０号公報

ところで、上記従来の一芯双方向光通信モジュールにあっては、次のような幾つかの問題点を有している。一つ目として、接続する相手側のモジュールの光源は、自モジュールの光源と異なる波長のものを選ぶ必要があることから、接続相手が制限されてしまうという問題点を有している。

また、二つ目としては、送信光と受信光とを分離するために、波長毎に透過率と反射率とが異なる高価な光フィルタ（光路変更素子部品）を備えることが必須となってしまうという問題点を有している。

さらに、三つ目としては、発光素子部品と受光素子部品とを直交配置とするため、回路部分を含めたモジュールのサイズが大きくなってしまうという問題点を有している（発光素子部品と受光素子部品とを同一の回路基板に面実装することができず、結果、回路部分を含めたモジュールのサイズが大きくなってしまう）。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、単一の波長での光通信が可能となり、また、光路部分の小型化を図ることも可能な一芯双方向光通信モジュールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の一芯双方向光通信モジュールは、受光素子及び発光素子を有する光トランシーバ回路部品と、該光トランシーバ回路部品及び光ファイバの間に介在して光路を変更する光路変更部品とを備え、前記トランシーバ回路部品は、前記受光素子及び前記発光素子を実装する回路基板と、前記受光素子及び前記発光素子の垂直方向に配置される受信側レンズ及び送信側レンズとを更に有し、前記受光素子及び前記発光素子は、受信光及び送信光が前記回路基板に対して垂直方向に入出射するように実装されるとともに、並んで前記回路基板に実装され、前記光路変更部品は、前記発光素子から出射され前記送信側レンズを透過した前記送信光の光路を前記光ファイバの端面に向けて変更する送信側光学部と、前記光ファイバの端面から出射された前記受信光の光路を前記受信側レンズに向けて変更する受信側光学部とを有し、前記送信側光学部は、前記送信光の光路を前記垂直方向に対する曲げ及び水平方向に対する曲げの二方向同時の曲げを生じさせて変更する送信側プリズムを有し、前記受信側光学部は、前記光ファイバの光軸上に配置されて前記光ファイバの端面に対向する光学部側レンズと、該光学部側レンズを透過した前記受信光の光路を前記垂直方向に対する曲げの一方向のみの曲げを生じさせて変更する受光側プリズムとを有することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、回路基板に対して垂直方向に進行する発光素子から出射された送信光は、送信側レンズを透過して送信側光学部において光路が変更される。そして、光路が変更された送信光は、このまま光ファイバの端面に入射する。一方、光ファイバの端面から出射され光ファイバの光軸方向に進行する受信光は、受信側光学部において光路が変更され受信側レンズに入射する。そして、この受信側レンズを透過した後には、受光素子で受光される。送信光は、送信側光学部において曲げられて光路が変わるが、この曲げ方向は受信側光学部と異なる。つまり、本発明では、送信光と受信光とが別々の経路を通る構造が採用される。このような構造によれば、光ファイバの端面で発生する反射光（迷光）が受光素子へ入らないような構造にもなる。

また、本発明によれば、受光素子及び発光素子が回路基板に並んで実装されることから、近接度合いに応じて小型化を図ることが可能になる。

請求項２記載の本発明の一芯双方向光通信モジュールは、請求項１に記載の一芯双方向光通信モジュールにおいて、前記垂直方向に対する曲げを略９０°とすることを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、プリズム面のプリズム角度を略４５°にすると、光路の略９０°曲げが図られる。光路があたかも折り畳まれたような状態になることから、受光素子及び発光素子と光ファイバとの高さ位置が低くなり、結果、光路変更部品の小型化を図ることが可能になる。

請求項３記載の本発明の一芯双方向光通信モジュールは、請求項１又は請求項２に記載の一芯双方向光通信モジュールにおいて、前記光路変更部品は、前記光ファイバの端末に設けられるフェルールを挿入するためのスリーブと、該スリーブにおける前記フェルールの位置決めをするためのフェルール位置決め部とを更に有することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、スリーブにフェルールが差し込まれて位置決めがなされると、光ファイバの端面の位置が送信側光学部及び受信側光学部に対してそれぞれ良好な位置となる。

請求項４記載の本発明の一芯双方向光通信モジュールは、請求項１ないし請求項３いずれか記載の一芯双方向光通信モジュールにおいて、前記光路変更部品は、前記トランシーバ回路部品を覆うカバー部を更に有することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、光トランシーバ回路部品の一部又は全部が光路変更部品のカバー部によって保護される。

請求項１に記載された本発明によれば、送信光と受信光とが別々の経路を通り、且つ光ファイバの端面で発生する反射光（迷光）が受光素子へ入らない構造となる。これにより、クロストーク光の対策のために異なる波長の発光素子や光フィルタを必要としない一芯双方向光通信モジュールとなることから、単一の波長での光通信をすることができるという効果を奏する。

また、請求項１に記載された本発明によれば、受光素子及び発光素子が回路基板に並んで実装される構造となる。これにより、受光素子及び発光素子の近接度合いに応じて小型化を図ることができるという効果を奏する。

請求項２に記載された本発明によれば、受光素子及び発光素子と光ファイバとの高さ寸法が低くなる構造となる。これにより、光路変更部品の小型化を図ることができるという効果を奏する。また、請求項１の効果と合わせると、モジュールとして一層小型化を図ることができるという効果を奏する。

請求項３に記載された本発明によれば、光ファイバの端面の位置が良好な位置となる。これにより、光結合損失に配慮することができるという効果を奏する。

請求項４に記載された本発明によれば、光トランシーバ回路部品の一部又は全部が光路変更部品に保護される構造となる。これにより、信頼性を向上させることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一芯双方向光通信モジュールの一実施の形態を示す図であり、（ａ）はスリーブを手前側にした一芯双方向光通信モジュールを示す斜視図、（ｂ）は受信側光学部を手前側にした一芯双方向光通信モジュールを示す斜視図である。また、図２は一芯双方向光通信モジュールの分解斜視図である。

また、図３及び図４は光トランシーバ回路部品に関する図である。また、図５及び図６は光路変更部品の送信光に係る部分を示す図である。また、図７はプリズム角度と光クロストークの関係を示すグラフである。また、図８及び図９は光路変更部品の受信光に係る部分を示す図である。

図１及び図２において、引用符号１は本発明の一芯双方向光通信モジュールを示している。一芯双方向光通信モジュール１は、一本の光ファイバ２（図５参照）を介して光の送受信を行う双方向光通信に用いられるようになっている。一芯双方向光通信モジュール１は、光トランシーバ回路部品３と、この光トランシーバ回路部品３及び光ファイバ２の間に介在する光路変更部品４とを備えて構成されている。以下、上記各構成部材について説明する。

図３において、光トランシーバ回路部品３は、送受信回路部５と、回路部カバー６とを備えて構成されている。送受信回路部５は、回路基板７を備えており、この回路基板７の表面には、発光素子８と受光素子９とが隣り合わせに並んで面実装されている。発光素子８と受光素子９は、近接した状態で回路基板７の表面に実装されている。発光素子８及び受光素子９は、この入出射が回路基板７の表面に対して垂直方向となるように実装されている。回路基板７の表面には、発光素子８及び受光素子９の他に、送信側ＩＣ１０、受信側ＩＣ１１、複数の電子部品１２等も実装されている。尚、回路基板７は、例えば発光素子８用のものと、受光素子９用のものとで二枚構成にしても良いものとする（発光素子８と受光素子９が近接した状態になれば回路基板７は特に限定されないものとする）。

発光素子８は、本形態において、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）［発光波長８５０ｎｍ］を用いている。ＶＣＳＥＬ以外としては、ＬＤやＬＥＤを用いても良いものとする。受光素子９は、本形態において、Ｓｉ−ＰＩＮフォトダイオードを用いている。Ｓｉ−ＰＩＮフォトダイオード以外としては、発光素子８に合わせた波長感度の受光素子（例えばＧａＡｓ系フォトダイオード）を用いても良いものとする。

図３及び図４において、回路部カバー６は、光透過性を有する透明な合成樹脂製の部品（一例であるものとする。ガラス製の部品であっても良いものとする）であって、カバー本体１３と、このカバー本体１３に一体化する送信側レンズ１４及び受信側レンズ１５とを有している。カバー本体１３は、浅底の蓋形状に形成されている。カバー本体１３には、マーカー用溝１６が形成されている。このマーカー用溝１６は、カバー本体１３を回路基板７に固定する際に位置合わせとして用いられるようになっている。位置合わせに関して具体的な一例を説明すると、透明な溝越しに回路基板７を観察し、回路基板７上に設けられた位置合わせ用のマークと位置合わせをすることが挙げられる。この例の場合、簡単な位置合わせ作業で済むという利点を有している（位置合わせによって発光素子８と送信側レンズ１４、受光素子９と受信側レンズ１５のそれぞれの光軸があった状態になる）。カバー本体１３と回路基板７との固定に関しては、予めカバー本体１３の底面（枠部分の底面）に塗布しておいた紫外線硬化接着剤を硬化させることによって接着固定をするようになっている（この固定方法は一例であるものとする）。カバー本体１３は、この表裏面が回路基板７の表面と略平行となるように形成されている。

送信側レンズ１４及び受信側レンズ１５は、共に略半球形状であってカバー本体１３の表面に対し垂直方向に突出するように形成されている。送信側レンズ１４及び受信側レンズ１５は、発光素子８及び受光素子９の直上に位置するように配置形成されている（垂直方向に配置されている）。送信側レンズ１４は、発光素子８から出射された送信光１７を集光するように形成されている。また、受信側レンズ１５は、受信光１８を受光素子９へ集光するように形成されている。送信側レンズ１４及び受信側レンズ１５は、発光素子８から出射された送信光１７が受光素子９へ入り込んでしまわないように形成されている。

図１及び図２において、光路変更部品４は、上記回路カバー６と同様に、光透過性を有する透明な合成樹脂製の部品（一例であるものとする。ガラス製の部品であっても良いものとする）であって、壁部１９と、スリーブ２０と、カバー部２１と、送信側光学部２２と、受信側光学部２３とを有している。

壁部１９は、光路変更部品４を正面側から見た場合（スリーブ２０がある方から見た場合）、略矩形状の壁となるように形成されている。また、壁部１９は、垂直方向にのびるように形成されている。

スリーブ２０は、壁部１９の一方の面に対して直交するように突出形成されている。スリーブ２０は、筒状の形状に形成されている。また、スリーブ２０は、この中心軸が水平方向に平行となるように形成されている。このようなスリーブ２０には、光ファイバ２（図５参照）の端末に設けられるフェルール２４（図５参照）が差し込まれるようになっている。尚、フェルール２４は、スリーブ２０に差し込まれると、この奥に形成されるフェルール位置決め部２５（図５参照）に当接して位置決めがなされるようになっている。フェルール位置決め部２５は、フェルール２４の最適な挿入を図り、光ファイバ２の端面が所定の位置となるように形成されている。

ここで光ファイバ２について説明すると、本形態においては、ＰＣＳ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｌａｄ Ｓｉｌｉｃａ）［コア径：φ２００μｍ、クラッド径：φ２３０μｍ］を用いている。ＰＣＳ以外としては、ＰＯＦなどのマルチモード光ファイバを用いても良いものとする。

カバー部２１は、壁部１９の他方の面に対して直交するように形成されている。また、カバー部２１は、光路変更部品４を平面側から見た場合、略矩形状となるように形成されている。カバー部２１は、この表面位置がスリーブ２０の上記中心軸よりも下側となるように配置形成されている。カバー部２１の裏面側は、開口部を有するように形成されている。この開口部は、垂直方向に二段となる凹部２６、２７として形成されている。凹部２６は、光トランシーバ回路部品３の回路部カバー６におけるカバー本体１３の形状に合わせて形成されている。また、凹部２７は、カバー本体１３に突出する送信側レンズ１４及び受信側レンズ１５を収容することができるように形成されている。

カバー部２１は、光トランシーバ回路部品３を覆ってこれを保護することができるように、また、カバー本体１３に固定されて光路変更部品４と光トランシーバ回路部品３との一体化を図ることができるように形成されている。

図１及び図２において、送信側光学部２２及び受信側光学部２３は、壁部１９の他方の面とカバー部２１の表面とが直交する位置に配置形成されている。また、送信側光学部２２及び受信側光学部２３は、図示の如く連続するように形成されている。先ず、送信側光学部２２について説明し、次いで受信側光学部２３について説明する。

図５及び図６において、送信側光学部２２は、発光素子８から出射され送信側レンズ１４を透過した送信光１７の光路を光ファイバ２の端面に向けて変更するための部分として形成されている。送信側光学部２２は、送信光１７の光路を垂直方向に対する９０°曲げ（図５（ｂ）参照）及び水平方向に対するθ曲げ（図６（ｂ）参照）の二方向同時の曲げを生じさせて変更するプリズム形状に形成されている。送信側光学部２２は、送信側プリズム２８として形成されている。

図５（ｂ）において、送信側プリズム２８は、光路を垂直方向に対する９０°曲げするために、プリズム面（斜面）２９のプリズム角度（傾斜角度）が４５°となるように形成されている（角度は一例であるものとする。プリズム角度４５°は、図１１に示す如く、光ファイバ配置が他の角度の場合よりも低くなることから、モジュールの小型化を図る際に好適な角度になる。尚、プリズム角度がα°の場合には、光ファイバに対する角度β°の制約がある）。また、送信側プリズム２８は、図６（ｂ）に示す如く、水平方向に対するθ曲げをするために、プリズム面（斜面）２９を水平方向にθの角度を持たせて形成されている。

発光素子８から出射され送信側レンズ１４を透過した送信光１７は、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示す如く、送信側プリズム２８（送信側光学部２２）によって、光路が垂直方向に９０°曲げられると同時に、水平方向にもθ曲げられ、光ファイバ２の端面に入射する（光ファイバ２に光結合する）。尚、光ファイバ２の端面で発生する反射光（迷光）３０は、後述する受信側光学部２３の要部（光学部側レンズ３１）に入らないようになっている。上記θに関しては、使用する光ファイバ２のコアサイズとＮＡによって最適値が異なるものとする。上記θは、本形態において、図７のプリズム角度と光クロストークの関係を示すグラフに基づいて設定されている（グラフ中の矢印参照）。

図８及び図９において、受信側光学部２３は、光ファイバ２の端面から出射された受信光１８の光路を光トランシーバ回路部品３の受信側レンズ１５に向けて変更するための部分として形成されている。受信側光学部２３は、光ファイバ２の光軸上に配置されて光ファイバ２の端面に対向する光学部側レンズ３１と、この光学部側レンズ３１を透過した受信光１８の光路を垂直方向に対する９０°曲げ（図８（ｂ）参照）の一方向のみの曲げを生じさせて変更する受光側プリズム３２とを有して構成されている。

光学部側レンズ３１は、光ファイバ２の端面から出射された受信光１８を平行光化する部分として形成されている。光学部側レンズ３１は、略半球形状（略丘形状）であって、光ファイバ２の端面に向けて突出するように形成されている。

受光側プリズム３２は、光路を垂直方向に対する９０°曲げするために、プリズム面（斜面）３３のプリズム角度（傾斜角度）が４５°となるように形成されている（角度は上記送信側プリズム２８と同様に一例であるものとする）。

次に、光路変更に係る説明とともに、本発明の一芯双方向光通信モジュール１の特徴について説明する。図１０は、光路変更に係る説明図である。

図１０（ａ）及び（ｂ）において、本発明の一芯双方向光通信モジュール１によれば、回路基板７に対して垂直方向に進行する発光素子８から出射された送信光１７は、送信側レンズ１４を透過して送信側光学部２２において光路が変更される。そして、光路が変更された送信光１７は、このまま光ファイバ２の端面に入射する。

一方、光ファイバ２の端面から出射され光ファイバ２の光軸方向に進行する受信光１８は、図１０（ｃ）及び（ｄ）に示す如く、受信側光学部２３において光路が変更され受信側レンズ１５に入射する。そして、この受信側レンズ１５を透過した後には、受光素子９で受光される。

本発明によれば、送信光１７は、送信側光学部２２において曲げられて光路が変わるが、この曲げ方向は受信側光学部２３と異なる。つまり、本発明では、送信光１７と受信光１８とが別々の経路を通る構造が採用される。このような構造によれば、上記の如く、光ファイバ２の端面で発生する反射光（迷光）３０が受光素子９へ入らないような構造になる。

従って、本発明の一芯双方向光通信モジュール１は、クロストーク光の対策のために異なる波長の発光素子や光フィルタを必要としないモジュールとなることから、従来とは異なり、単一の波長での光通信をすることができるという効果を奏する。

この他、本発明の一芯双方向光通信モジュール１によれば、発光素子８及び受光素子９が回路基板に並んで実装される構造となることから、発光素子８及び受光素子９の近接度合いに応じて小型化を図ることができるという効果を奏する。また、本発明の一芯双方向光通信モジュール１によれば、光路の略９０°曲げを図ることで光路があたかも折り畳まれたような状態になることから、発光素子８及び受光素子９と光ファイバ２との高さ位置が低くなり（図１１参照）、結果、光路変更部品４の小型化を図ることができるという効果を奏する。従って、上記二つの小型化に関する効果から、モジュールとして一層小型化を図ることができると言える。

本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

例えば、プリズム面２９、３３にミラーを形成して反射率を向上させ、モジュール内で光結合損失を低減させるようにしても良いものとする。尚、ミラーの形成に関しては、「無電解めっき」や「誘電体多層膜の蒸着」が挙げられる。

本発明の一芯双方向光通信モジュールの一実施の形態を示す図であり、（ａ）はスリーブを手前側にした一芯双方向光通信モジュールを示す斜視図、（ｂ）は受信側光学部を手前側にした一芯双方向光通信モジュールを示す斜視図である。 一芯双方向光通信モジュールの分解斜視図である。 光トランシーバ回路部品の分解斜視図である。 光トランシーバ回路部品の断面図である。 光路変更部品の送信光に係る部分を示す図であり、（ａ）は光路変更部品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 光路変更部品の送信光に係る部分を示す図であり、（ａ）は光路変更部品の側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図である。 プリズム角度と光クロストークの関係を示すグラフである。 光路変更部品の受信光に係る部分を示す図であり、（ａ）は光路変更部品の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図である。 光路変更部品の受信光に係る部分を示す図であり、（ａ）は光路変更部品の側面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。 光路変更に係る説明図であり、（ａ）は送信光が垂直方向に９０°曲げられる状態を示す断面図、（ｂ）は送信光が水平方向にθ曲げられる状態を示す断面図、（ｃ）は受信光が垂直方向に９０°曲げられる状態を示す断面図、（ｄ）は受信光が光学部側レンズに入射する状態を示す断面図である。 プリズム角度に関する説明図である。

符号の説明

１ 一芯双方向光通信モジュール
２ 光ファイバ
３ 光トランシーバ回路部品
４ 光路変更部品
５ 送受信回路部
６ 回路部カバー
７ 回路基板
８ 発光素子
９ 受光素子
１０ 送信側ＩＣ
１１ 受信側ＩＣ
１２ 電子部品
１３ カバー本体
１４ 送信側レンズ
１５ 受信側レンズ
１６ マーカー用溝
１７ 送信光
１８ 受信光
１９ 壁部
２０ スリーブ
２１ カバー部
２２ 送信側光学部
２３ 受信側光学部
２４ フェルール
２５ フェルール位置決め部
２６、２７ 凹部
２８ 送信側プリズム
２９ プリズム面
３０ 反射光
３１ 光学部側レンズ
３２ 受光側プリズム
３３ プリズム面

Claims (4)

1. 受光素子及び発光素子を有する光トランシーバ回路部品と、該光トランシーバ回路部品及び光ファイバの間に介在して光路を変更する光路変更部品とを備え、
   前記トランシーバ回路部品は、前記受光素子及び前記発光素子を実装する回路基板と、前記受光素子及び前記発光素子の垂直方向に配置される受信側レンズ及び送信側レンズとを更に有し、
   前記受光素子及び前記発光素子は、受信光及び送信光が前記回路基板に対して垂直方向に入出射するように実装されるとともに、並んで前記回路基板に実装され、
   前記光路変更部品は、前記発光素子から出射され前記送信側レンズを透過した前記送信光の光路を前記光ファイバの端面に向けて変更する送信側光学部と、前記光ファイバの端面から出射された前記受信光の光路を前記受信側レンズに向けて変更する受信側光学部とを有し、
   前記送信側光学部は、前記送信光の光路を前記垂直方向に対する曲げ及び水平方向に対する曲げの二方向同時の曲げを生じさせて変更する送信側プリズムを有し、
   前記受信側光学部は、前記光ファイバの光軸上に配置されて前記光ファイバの端面に対向する光学部側レンズと、該光学部側レンズを透過した前記受信光の光路を前記垂直方向に対する曲げの一方向のみの曲げを生じさせて変更する受光側プリズムとを有する
   ことを特徴とする一芯双方向光通信モジュール。
2. 請求項１に記載の一芯双方向光通信モジュールにおいて、
   前記垂直方向に対する曲げを略９０°とする
   ことを特徴とする一芯双方向光通信モジュール。
3. 請求項１又は請求項２に記載の一芯双方向光通信モジュールにおいて、
   前記光路変更部品は、前記光ファイバの端末に設けられるフェルールを挿入するためのスリーブと、該スリーブにおける前記フェルールの位置決めをするためのフェルール位置決め部とを更に有する
   ことを特徴とする一芯双方向光通信モジュール。
4. 請求項１ないし請求項３いずれか記載の一芯双方向光通信モジュールにおいて、
   前記光路変更部品は、前記トランシーバ回路部品を覆うカバー部を更に有する
   ことを特徴とする一芯双方向光通信モジュール。

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