JP2009157317A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの電磁ノイズに対する耐性が高く、また、光データリンクに用いた際に、その光データリンクからの電磁放射を抑え、光データリンクが電磁ノイズに影響を受けることを抑えることができる、安価な光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュール１は、光デバイス２を保持し、光コネクタのフェルールを整列するスリーブ部材３を備え、フェルールと光デバイス２とをスリーブ部材３で光結合させる。スリーブ部材３は、円筒部７、光デバイス２を保持する凸字状部材９、及び、円筒部７と凸字状部材９とが接合されるリング部材８を有し、リング部材８は、周囲に取付溝が形成され、フェルールより径が小さい光を通すための通光孔８ｇが形成された隔壁８ｆを有し、スリーブ部材３は、リング部材８の壁８ｆを挟んで、樹脂製の円筒部７と樹脂製の凸字状部材９とを一体成形して構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光データリンクによる光通信に用いられる光モジュールに関する。

高速かつ長距離の光ファイバ伝送を行うための光モジュールは、光素子（発光素子及び／または受光素子）を保持する光デバイスと、光コネクタのフェルールを整列して当該フェルールの光ファイバを所定の位置に保持し、光デバイスの光素子と上記光ファイバとを光学的に結合させるスリーブと、を備えている。なお、光モジュールは、スリーブを覆うスリーブシェルをさらに有することもある。

この光モジュールにおいて、スリーブやスリーブシェルが金属製の場合、それらがアンテナとして機能してしまうことがある。このとき、発光素子（ＬＤ：Laser Diode）の駆動電流によって発生する電磁ノイズがスリーブやスリーブシェルを介して外部へ放射されることや、また、これらを介して外部からの電磁ノイズを受けてしまい、その結果、受光素子の出力電流に影響があることが、光モジュールにおいて問題となっていた。

特許文献１には、光デバイスのパッケージと金属製フェルール整列スリーブの間に、上部金属蓋、絶縁部材、下金属リングの３部材からなるジョイントスリーブを備える光モジュールが開示されている。この光モジュールでは、スリーブを光デバイスパッケージから電気的に絶縁することによって、スリーブを介した外部と光素子の間の電磁ノイズの遮蔽を図っている。

また、特許文献２には、スリーブが有するファイバスタブに光コネクタのフェルールを突き合わせて光結合させる光モジュールであって、スリーブに挿入されたファイバスタブの端部を保持するホルダを有するものが開示されている。このホルダは、金属製のスリーブシェルと光デバイスのパッケージを当該ホルダを介して連結させるためのものでもあり、また、一部が絶縁材料で形成され、スリーブシェルと光デバイスとを上記連結時に電気的に絶縁するようになっている。

そのため、この光モジュールでは、例えば、光デバイス等から発生した電磁波が光デバイスのパッケージを介してスリーブシェルに伝達することがないので、光モジュールからの電磁ノイズ放射を抑えることができるようになっている。また、後述のように、ホルダのファイバスタブ保持部は金属製またはセラミック製である。

また、特許文献３には、樹脂等からなる絶縁性のスリーブを備え、スリーブにおいて、光コネクタのフェルールとスリーブが有するファイバスタブとを整列させる光モジュールが開示されている。この光モジュールでは、スリーブを絶縁性の樹脂で形成することにより、スリーブをアンテナとして機能させないようにしている。なお、この光モジュールにおいて、スリーブ部と光デバイスは、ジョイントスリーブで連結されている。

図３は、従来の他の光モジュールを説明する部分断面斜視図である。この光モジュール１０は、図示するように、光デバイス１１と、スリーブの機能を有すると共に光デバイス１１に直接接合されるスリーブ部材１２と、を備えるもので、金属製のスリーブ部材１２に対して、金属製のパッケージを有する光デバイス１１を絶縁性の接着剤で固定してなる。光モジュール１０では、このような構成にすることにより、光デバイス等から発生した電磁波を光デバイスのパッケージを介してスリーブ部材１２に伝達させないようになっている。

また、光モジュールは、光データリンクに好適に用いられる。図４は、光データリンクの構成の一例を説明する図で、図４（Ａ）は、図３の光モジュールを搭載した光データリンクの正面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＹ−Ｙ断面を部分的に示した図である。図４の例の光データリンクは、２つの光モジュールを搭載するものであるが、説明のために、１つの光モジュールのみを図示している。

光データリンク４０は、図示するように、光コネクタを挿入するための光コネクタ挿入空間２３が形成されている光レセプタクル２１を有し、光レセプタクル２１の後方には、光モジュールを搭載するための搭載孔２４ａが形成されている。光データリンク４０においても、ノイズ対策は講じられており、光レセプタクル２１を金属で形成し、光データリンクの電気回路搭載部分である本体部２２を金属製のカバーで覆うなどして、シールド効果を高めるようにしている。

光データリンクに搭載する光モジュールに何らかのノイズ対策が講じられていない場合、搭載孔２４ａそのものがノイズのパスとなってしまうが、図４の光データリンク４０では、光モジュール１０の金属製のスリーブ部材１２が搭載孔２４ａを塞ぐような形状を有しているので、ノイズのパスが非常に小さくなっている（光データリンク４０では、光信号が通る通光孔１２ａがノイズのパスになっている）。このために、光データリンク４０では、外部へのノイズの放射や、外部からのノイズの影響を抑えることができるようになっている。
特開２００６−８４６８３号公報 特開２００７−１１２８７号公報 国際公開第０３／０５２４７９号パンフレット

なお、特許文献１に開示の光モジュールでは、ステムとレンズキャップで封止された光デバイスの他に、スリーブ、上金属蓋、絶縁体リング、下金属リングという４点の部品が必要であるが、図３及び図４の光モジュール１０は、光デバイス１１の他に必要な部品は、金属製のスリーブ部材１２のみである。すなわち、光モジュール１０は、部品点数を削減できる。しかし、光モジュールにおいて、１μｍ以下かそれ以下のレベルでフェルールと光デバイスを位置決めする必要があるが、光モジュール１０のフェルールを導入するスリーブ部材１２の挿通孔１２ｂは、光デバイス１１との位置決めに寄与しているため、それに相当した精度で加工する必要がある。したがって、スリーブ部材１２を作成するには、金属の削り出し加工による作業が必要であり、１点毎に加工しなければならないため、量産することが難しく、生産性・部品コストの面で改善が求められる。

また、特許文献２に開示の光モジュールでは、ファイバスタブを安定的に保持するために精度良く加工するには、ホルダのファイバスタブ保持部が金属製の場合は、一点毎に加工する必要がある。また、上記保持部がセラミック製の場合は、ホルダを量産することができない。そのため、生産性・部品コストの面で改善が求められる。また、特許文献２には、光データリンクの光モジュール搭載部に光モジュールがどのように搭載されるか開示されていないが、いずれにしても、この光モジュールのフェルールが挿入される挿通孔が光データリンクのノイズのパスとなるため、電磁的遮断効果の点で改善が望まれる。

また、光データリンクに特許文献３に開示の光モジュールを用いた場合、光データリンクの光モジュール搭載部は、光モジュールのスリーブによって塞がれるが、当該スリーブの塞ぐ部分は樹脂製であるので、当該樹脂部分が光データリンクのノイズのパスとなる。そのため、この光データリンクでは、電磁波の放出を十分抑えることや、電磁ノイズに影響を受けることを抑えることが難しくなっている。つまり、特許文献３に開示の光モジュールも電磁的遮断効果の点で改善が望まれる。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、外部への電磁放射量が小さく、かつ／あるいは、外部からの電磁ノイズに対する耐性が高く、また、光データリンクに用いた際に、その光データリンクからの電磁放射を抑えるとともに、光データリンクが電磁ノイズに影響を受けることを抑えることができる、安価な光モジュールを提供することを目的とする。

本発明の光モジュールは、光デバイスを保持し、光コネクタのフェルールを整列するスリーブ部材を備え、フェルールと光デバイスとをスリーブ部材で光結合させるものであって、スリーブ部材は、樹脂製のフェルール整列部、光デバイスを保持する樹脂製の光デバイス保持部、及び、フェルール整列部と光デバイス保持部とが接合される金属製のリング部材、を有し、リング部材は、周囲に取付溝が形成され、フェルールより径が小さい光を通すための通光孔が形成された隔壁を有し、スリーブ部材は、リング部材の隔壁を挟んで、樹脂製のフェルール整列部と樹脂製の光デバイス保持部とを一体成形して構成されていることを特徴とする。

また、光デバイスが、同軸型パッケージを有し、光デバイス保持部が、筒状部材により構成されるようにしてもよい。

本発明によれば、光モジュールにおいて、フェルール整列部に樹脂材料を用いることにより、このフェルール整列部がアンテナとして機能することがないので、光モジュール外部への電磁放射量を小さくしたり、光モジュール外部からの電磁ノイズに対する耐性を高くしたりすることができる。

また、スリーブ部材の金属製のリング部材は、その通光孔を小さくすることができ、当該光モジュールを搭載した光データリンクにおいてノイズのパスを小さくすることができる。そのため、この光データリンクからの電磁放射を抑えるとともに、光データリンクが電磁ノイズに影響を受けることを抑えることができる。
また、加工精度が求められるフェルール整列部を樹脂材料で形成しており、また、スリーブ部材の樹脂材料で形成される部分を、リング部材の壁の前後に、その壁を挟むような形態で一体に成形しているため、光モジュールを量産することができる。

図１及び図２は、本発明の光モジュールを説明する図であり、図１は、本発明の光モジュールの部分断面斜視図、図２（Ａ）は、当該光モジュールを搭載した光データリンクの正面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＸ−Ｘ断面を部分的に示した図である。
本発明に係る光モジュールは、光電変換機能を有するが、その光電変換機能を担う光素子としては、受光素子（以下、ＰＤ（Photo Diode）という）や、半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）等の発光素子が挙げられる。以下では、本発明の光モジュールについて、ＰＤを備える受光モジュールとして構成した例で説明する。

本発明の光モジュールは、例えば、図１に示すように、光デバイス２とスリーブ部材３を備える。
まず、光デバイス２について説明する。光デバイス２は、同軸型パッケージ（ＣＡＮパッケージ）内にＰＤ４を保持するように構成されたものであって、ＰＤ４の他、例えば、ステム５、キャップ６を有する。

ＰＤ４は、アバランシェフォトダイオードやＰＩＮ型フォトダイオード等の半導体受光素子である。
ステム５は、ＰＤ４が実装される金属製の円板状の部材であり、キャップ６と協働して、内部に素子搭載空間を有するＣＡＮパッケージを構成する。ステム５には、ＰＤ４が実装されるが、さらに、抵抗やコンデンサ、あるいはＰＤ４が生成した微弱な電気信号を増幅する前置増幅器等の素子が実装される場合もある。また、ステム５には、搭載された素子と外部電気回路の電気接続のためのリードピン５ａがガラス封止されている。これら素子は互いに又はステム上面５ｂもしくはリードピン（信号リードピン）５ａとワイヤリングにより接続される。ＰＤ４以外の素子やワイヤは図示を省略する。また、ステム５は、各種素子が実装される実装部の周囲に、キャップ６との接合のための接合部５ｃを有する。

キャップ６は、ステム５と協働してＰＤ４を気密封止するもので、金属材料を用いて筒状に形成される。本例のキャップ６は、レンズ６ａを保持するキャップシェル６ｂを有するレンズキャップである。レンズ６ａは、例えば、ボールレンズであり、スリーブ部材３に挿入された光コネクタの光フェルールの光ファイバ（図示せず）からの光をＰＤ４に集光する。キャップシェル６ｂは、ＰＤ４側とは反対側の中央に開口６ｃを有する。この開口６ｃに、低融点ガラス等の封止ガラスによって、レンズ６ａが固定される。キャップシェル６ｂの端部６ｄは、ステムの接合部５ｃと抵抗溶接にて接合される。なお、レンズ６ａは省略される場合もあり、その場合には、対象とする光の波長領域で透明な窓材を開口６ｃに封着することが好ましい。

続いて、本発明の特徴部にかかるスリーブ部材について説明する。スリーブ部材３は、光デバイス２を保持し、光コネクタのフェルール（図示せず）を整列するもので、このスリーブ部材３により、フェルールの光ファイバと光デバイス２のＰＤ４とを光学的に結合させる。スリーブ部材３は、例えば、円筒部材７、リング部材（以下、リングという）８及び凸字状部材９を有する。

円筒部材７は、光コネクタのフェルールを整列させる樹脂製のフェルール整列部（スリーブ）であって、光軸Ｐを中心軸とし、上記フェルールの外径と略同一の大きさの内径を有する円筒状に形成される。円筒部材７は、その挿通孔７ａの一端から光コネクタのフェルールが挿入され、フェルール挿入側と反対側の端部がリング８に対して固定される。また、円筒部材７のフェルール挿入側端部には、挿入が容易になるようにテーパ７ｂが形成されている。光コネクタのフェルールは、円筒部材７に挿入されることで精度良く位置決めされる。言い換えれば、円筒部材７の挿通孔７ａは、光コネクタのフェルールの位置決めを精度良く行うために、高精度で加工されている。円筒部材７の加工方法及びリング８への固定方法については、後述する。

このように円筒部材７を絶縁性の樹脂材料で形成することにより、円筒部材７がアンテナとして機能することがないので、光モジュール１から外部への電磁放射量を小さくしたり、外部からの電磁ノイズに対する光モジュール１の耐性を高くしたりすることができる。

ここで、光モジュール１を搭載することができる光データリンクについて説明する。図２の例の光データリンクは、２つの光モジュールを搭載するものであるが、説明のために、１つの光モジュール１のみを図示している。
光データリンク２０は、図２に示すように、光コネクタが挿入される光レセプタクル２１を有し、その後方部分に、光モジュール１の光デバイス２や電子部品、回路基板（図示せず）等が収納される本体部２２を有する。

光レセプタクル２１は、金属製であるか、表面が導電性メッキで覆われた樹脂製であり、光コネクタ挿入空間２３と本体部２２とを隔てる隔壁２４を有し、この隔壁２４には、光モジュールを搭載するための搭載孔２４ａが形成されている。後述するように、光モジュール１のスリーブ部材３のリング８は、その外形が最も小さい部分（最細部）８ｅが、この搭載孔２４ａに対応した形状を有する。

この光データリンク２０に対して、光モジュール１は、スリーブ部材３の円筒部材７が光レセプタクル２１の光コネクタ挿入空間２３内に位置し、リング８の最細部８ｅが搭載孔２４ａ上に位置し、光デバイス２が本体部２２内に位置した状態で、搭載される。このとき、リング８は光レセプタクル２１の搭載孔２４ａに接触している。
このような構成の光データリンク２０において、光コネクタを光レセプタクル２１に挿入すると、光コネクタのフェルールが光モジュール１のスリーブ部材３の円筒部材７に挿入され、その結果、挿入されたフェルールの光ファイバと光デバイス２とが光結合される。

また、光データリンク２０において、光レセプタクル２１と本体部２２は、導電性材料から成るカバー２５によって覆われる。光データリンク２０では、当該データリンクの筐体を構成する光レセプタクル２１及びカバー２５に導電性材料を用いることにより、シールド効果を高めている。
なお、光データリンク２０において、光レセプタクル２１は、カバー２５（及び光データリンク２０が挿入されるケージ）を介してフレームグラウンドに電気接続される。

図１のスリーブ部材３の説明に戻る。スリーブ部材３のリング８は、金属製の部材であり、光モジュール１が光データリンク２０に搭載されたときに、光レセプタクル２１の搭載孔２４ａ上に位置し、搭載孔２４ａの略全体を塞ぐような形態になっている。リング８は、円筒部材７を固定するための第１の凹部８ａと、凸字状部材９を固定するための第２の凹部８ｂとを、有する。第１の凹部８ａには、円筒部材７が、フェルール挿入側と反対側の端部が挿入されたような形態で固定され、第２の凹部８ｂには、凸字状部材９が、後述の突出部９ｂが挿入されたような形態で固定される。

また、リング８は、その周囲に、光データリンク２０に取り付けるための取付溝が形成されており、この取付溝は、例えば、一対のフランジ（第１のフランジ８ｃと第２のフランジ８ｄ）により構成される。この一対のフランジは、最細部８ｅを挟んで向かい合った形態になっており、一対のフランジの間に、光データリンク２０の隔壁２４を挟み込むことによって、光データリンク２０内において、光モジュール１が光軸方向に動かないようになっている。また、このように隔壁２４を挟みこみ隔壁２４に接触することによって、リング８は光レセプタクル２１に電気接続され、リング８の電位はフレームグラウンド電位と等しくなる、すなわち、リング８は接地される。

また、リング８は、第１の凹部８ａと第２の凹部８ｂとを隔てる隔壁８ｆを有し、隔壁８ｆには、円筒部材７に挿入されたフェルールの光ファイバからの光信号が光デバイス２に向けて通る通光孔８ｇが形成されている。この通光孔８ｇの大きさは、当然、光コネクタのフェルールと光デバイス２との光結合を阻害しない程度の大きさであり、少なくとも、フェルールの外径より小さくすることができる。

光モジュール１を光データリンク２０に搭載する際に、上述のリング８を用いることによって、隔壁８ｆで搭載孔２４ａを塞ぐことができるので、光データリンク２０では、高周波の電磁波のパス（ノイズのパス）を、リング８の通光孔８ｇとすること、すなわち非常に小さくすることができる。そのため、光デバイス２または光データリンク２０の本体部２２が光データリンク２０の外部からの電磁波（ノイズ）を受信することを抑え、また、光データリンク２０の本体部２２（及び光デバイス２）から光データリンク２０の外部への電磁波放出を抑制することができる。
なお、リング８は、フェルールと光デバイス２の位置決めに直接寄与しないため、精度が数十μｍ程度の一般的な加工方法で製造することができるので、安価な部品となる。

続いて、凸字状部材９について説明する。凸字状部材９は、光デバイス２を保持する光デバイス保持部であり、側面視凸字状の筒状の部材で構成され、樹脂により形成される。凸字状部材９は、光デバイス固定部９ａと突出部９ｂを有する。光デバイス固定部９ａは凹部９ａ１により構成されるが、凹部９ａ１は、キャップ６の光軸Ｐ方向に延在する円筒形部分の外径と略同じ大きさの径を有するものである。光デバイス固定部９ａの凹部９ａ１の内面とキャップ６とを接着剤で接着させることにより、光デバイス２は凸字状部材９に固定される。

突出部９ｂは、光デバイス固定部９ａから円筒部材７側に向けて突き出した円筒状の部分である。突出部９ｂの外周がリング８の第２の凹部８ｂの内面に密着し、且つ、光デバイス固定部９ａの上面９ａ２がリング８の第２のフランジ８ｄの下面８ｄ１に密着した状態で、凸字状部材９はリング８に固定される。

以上のように、本光モジュール１のスリーブ部材３は、リング８を中心として、フェルールをガイドする円筒部材７、光デバイス２との固定に用いられる凸字状部材９を有している。また、このスリーブ部材３は、金属製のリング部材８の隔壁８ｆを挟んでその前後に樹脂製の円筒部材７と凸字状部材９を樹脂の射出成形にて一体成形して構成される。

中でも、フェルールをガイドする円筒部材７の内径は、フェルールと光デバイス２の位置決めに寄与することから高精度で形成する必要がある。樹脂の射出成形技術を用いて、高精度で成形可能となる成形金型及び射出条件を用いることで、高精度で円筒部材７を成形することが可能となる。また、凸字状部材９の光デバイス固定部９ａも高精度で樹脂で成形することにより、光モジュール１において光軸Ｐと垂直方向の調芯を行わなくても、光コネクタのフェルールの光ファイバから出射されレンズ６ａを透過した光をＰＤ４の受光中心から十数μｍの範囲内に集光することができる。
また、スリーブ部材３をこのように射出成形にて部品を形成することで、量産効果を高めることができ、量産時には安価に部品を製造することができる。

なお、スリーブ部材３の形成は、円筒部材７及び凸字状部材９を形成する射出成形金型に、金属製のリング８を予めセットしておき、射出成形金型を閉じて軟化した樹脂を高圧力で射出することで行われる。
また、リング８に対して、円筒部材７との接合面、凸字状部材９との接合面に微小な凹凸を設けることが好適である。これにより、射出成形により円筒部材７及び凸字状部材９は上記凹凸形状に沿った形で形成される。これにより、アンカー効果が得られ、リング８と円筒部材７、凸字状部材９を強固に固定することができる。

本発明の光モジュールを説明する図である。 本発明の光モジュールが光データリンクに搭載されたときの様子を示す図である。 従来の光モジュールを説明する図である。 従来の光モジュールが光データリンクに搭載されたときの様子を示す図である。

符号の説明

１…光モジュール、２…光デバイス、３…スリーブ部材、４…ＰＤ、５…ステム、５ａ…リードピン、５ｂ…ステム上面、５ｃ…接合部、６…キャップ、６ａ…レンズ、６ｂ…キャップシェル、６ｃ…開口、７…円筒部材、７ａ…挿通孔、７ｂ…テーパ、８…リング、８ａ…第１の凹部、８ｂ…第２の凹部、８ｃ…第１のフランジ、８ｄ…第２のフランジ、８ｅ…最細部、８ｆ…隔壁、８ｇ…通光孔、９…凸字状部材、９ａ…光デバイス固定部、９ｂ…突出部、２０…光データリンク、２１…光レセプタクル、２２…本体部、２３…光コネクタ挿入空間、２４…隔壁、２４ａ…搭載孔、２５…カバー。

Claims (2)

1. 光デバイスを保持し、光コネクタのフェルールを整列するスリーブ部材を備え、前記フェルールと前記光デバイスとを前記スリーブ部材で光結合させる光モジュールであって、
   前記スリーブ部材は、樹脂製のフェルール整列部、光デバイスを保持する樹脂製の光デバイス保持部、及び、前記フェルール整列部と前記光デバイス保持部とが接合される金属製のリング部材、を有し、
   前記リング部材は、周囲に取付溝が形成され、前記フェルールより径が小さい光を通すための通光孔が形成された隔壁を有し、
   前記スリーブ部材は、前記リング部材の前記隔壁を挟んで、前記樹脂製のフェルール整列部と前記樹脂製の光デバイス保持部とを一体成形して構成されていることを特徴とする光モジュール。
2. 前記光デバイスは、同軸型パッケージを有し、前記光デバイス保持部は、筒状部材により構成され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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