JP2009251600A - Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリを搭載した光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒアセンブリを搭載した光モジュールを提供する。
【解決手段】Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒモジュールは、デジタル入力及び出力信号を送受する双方向モジュール、及び、アナログ光信号を受信するアナログ光サブアセンブリを備えている。双方向モジュールは、発光素子及び受光素子の双方を単一のパッケージ内に搭載している。アナログ光モジュールは、その光軸が、双方向光モジュールの光軸と略直角になるように組立てられる。本モジュールの信号グランドは、アナログモジュールと共通であり、デジタルデータを受信する部分と共通である。一方、モジュールのシャーシグランド又はフレームグランドは、信号グランドからは分離されている。
【選択図】図５

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００８年４月８日に出願された米国特許仮出願第６１／０７１，００３号の優先権を主張する。

本発明は、三種の光信号を取扱い、且つ、光ＣＡＴＶで使用し得る光モジュールを提供するものである。

ＰＯＮ（Passive Optical Network）システムは、二種の光信号、即ち、波長１．３１μｍ帯の光信号と波長１．５５μｍ帯の光信号とを、一本の光ファイバを介して送受する。ＰＯＮシステムに対応する一芯双方向光モジュールは、光受信デバイス及び光送信デバイスに加えて、ＷＤＭ（波長分割多重）カプラ又はＷＤＭフィルタを必要とする。特開２００５−０９９４８２号公報には、このような双方向光モジュールが開示されている。この光モジュールは、半導体受光素子又は半導体発光素子を各々搭載した二つのデバイスを有している。

米国特許７０９３９８８号には、別のタイプの双方向光モジュールが、一改良版として開示されている。この双方向光モジュールでは、光信号を受信する半導体デバイスと光信号を受信する別の半導体デバイスとが、単一の筐体内にＷＤＭフィルタと共に収容されている。米国特許７０９３９８８号の図１に示されている改良版の光モジュール１は、ステム１１４とレンヅ付きキャップ１１０とで構成された筐体内に、光送信デバイス１１３と受光素子１１２を搭載している。光送信デバイス１１３から出射される光は、ＷＤＭフィルタによって反射されレンズ１１６によって集光された後に、光ファイバ１３２に結合する。一方、光ファイバ１３２から提供された光は、レンズ１１６によって集光され、ＷＤＭフィルタ１１５を透過した後、光受信デバイス１１２に結合する。

このような一筐体型の一芯双方向デバイスは、光通信システムに搭載された場合に、当該双方向光モジュールの横方向に、別の機能素子を収容するスペースを筐体内に生じる。一方、システムの面からは、デジタル光信号の送受に加えて、アナログ光信号をも送信したいという要求が、特に光ＣＡＴＶシステムにおいて強まってきている。

従来のＣＡＴＶシステムは、銅ケーブルを使用し、１００〜７００ＭＨｚの周波数帯のアナログビデオ信号を、センタ局から各家庭へと周波数多重により送信していた。また、各家庭からは、５０ＭＨｚ以下の周波数帯のデジタル信号が、センタ局に送信されていた。現在では、光ＣＡＴＶシステムは、まず、下りビデオ信号を上述したアナログ電気信号の周波数帯と同じ周波数帯の光信号に変換している。加えて、ＣＡＴＶシステでは、現在、インターネットへの光アクセスが強く要請されている。したがって、現在のＣＡＴＶシステムは、三種の光信号、即ち、下りのビデオ信号、並びに、インターネットアクセス用の上り及び下りのデジタル信号を取り扱う必要がある。

上述した現在のＣＡＴＶシステムにおけるこのような要求を満たすために、新たなアーキテクチャが提案されている。そのアーキテクチャでは、三つの光信号が、異なる波長を多重化することにより送信される。ここで、下りのビデオ信号には１．５５μｍの波長が割り当てられ、下りのデジタル信号には１．４９μｍの波長が割り当てられ、上りのデジタル信号には１．３１μｍの波長が割り当てられている。この新たな光ＣＡＴＶに適用可能な光送信モジュールでは、上り及び下りのデジタル信号を扱う双方向光モジュールが単一の筐体内に設けられており、当該モジュールの側面のスペース（二以上の筐体を有する従来の双方向光モジュールでは、上記スペースには、光受信モジュールが搭載されていたスペース）に、アナログビデオ信号用の光受信デバイスが設置されている。このタイプの光モジュールは、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒと呼ばれている。

アナログビデオ信号は、４０〜８７０ＭＨｚの周波数多重信号で１．５５μｍの波長を用い、下りのデジタル信号は、幾つかの規格に対応し得る。例えば、６２０ＭＨｚまでの送信速度の規格はＢＰＯＮと呼ばれるものであり、１．２６Ｇｂｐｓまでの送信速度の規格はＥＰＯＮと呼ばれるものであり、２．５Ｇｂｐｓまでの送信速度の規格はＧＰＯＮと呼ばれるものである。本発明は、このようなＴｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ、及び当該Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒを搭載した光モジュールに関するものである。

特開２００５−０９９４８２号公報 米国特許７０９３９８８号

本発明は、ＧＰＯＮシステムに対応した光モジュールに関するものであり、１．３μｍ及び１．４８μｍの波長帯の二つのデジタル信号を送信するものである。この光モジュールは、アナログモジュール、双方向光モジュール、及びＷＤＭフィルタを有するＴｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリを備える。アナログモジュールは、１．５５μｍの光信号を受信する。双方向光モジュールは、半導体受光素子及び半導体発光素子を共に搭載した単一のパッケージを有しており、波長１．４８μｍの第１のデジタル信号を受信し、波長１．３μｍの第２のデジタル信号を送信する。ＷＤＭフィルタは、波長１．５５μｍの光信号を、波長１．４８μｍ及び１．３μｍの別の光信号から分離する。本光モジュールでは、アナログモジュールと双方向光モジュールとが、アナログ回路とデジタル回路とを電気的に分離するよう、互いに略直角に搭載されている。

本光モジュールは、ハウジング、印刷回路基板、及びグランド板を更に備え得る。ハウジングは、樹脂製のベースと、ヒートシンクと、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒサブアセンブリ及び回路基板を搭載する空間を画成する金属製のケースとを含んでいる。金属製のケースは、光モジュールのフレームグランドを提供する。信号グランドは、印刷回路基板に設けられている。印刷回路基板は、アナログモジュールに結合されており、且つ、アナログ信号を処理する第１の回路と、双方向光モジュールに結合されており、且つ、デジタル信号を処理する第２の回路とを有している。第１の回路は、信号グランドを除いて、第２の回路から電気的に分離されている。ヒートシンクは、金属製のケースの天部内に配置されるものであって比較的厚い金属から構成されたものであり、電子回路から光モジュールの外部への金属製のケースを介した放熱パスを提供する。

グランド板は、双方向光モジュール及び印刷回路基板に固定されている。したがって、グランド板は、（１）双方向光モジュールを印刷回路基板の信号グランドに接地し、（２）Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリの後方部分を印刷回路基板に対して支持し、（３）双方向光モジュールで発生した熱を印刷回路基板に直接的に放熱し、（４）双方向モジュールで発生した熱を、ヒートシンクに接触すること無く、直接的に印刷回路基板に放熱し、これによりＴｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリをヒートシンクから熱的に分離するという機能を有する。

本発明の一実施形態に係る光モジュールの分解斜視図である。 その内部にヒートシンクを組み付けた状態の金属製のケースを示す図である。 印刷回路基板を除いて樹脂製のベースを示す図である。 Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリを省略して、印刷回路基板を組み付けた状態のベースを示す図である。 Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブセンブリが前方部においてベースに搭載された状態を示す拡大図である。 印刷回路基板及びＴｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリをベースに組み付けた状態の光モジュールの内部を、金属製のケースを省いて示す図である。 第１実施形態のグランド板と共に、光モジュールに搭載されるＴｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリを示す斜視図である。 クロストークが無い場合のＧ３、グランドプレートが無い場合のＧ５、グランドプレートが有る場合のＧ４の条件において、双方向光モジュールのビット誤り率の特性を示す図である。 グランド板の存在の有無の影響を雑音強度スペクトラムにより示す図である。 本発明の第２実施形態に係る別の形状のグランド板を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る別の形状のグランド板を示す図である。 図９Ａ及び図９Ｂに示す第２実施形態の双方向光モジュールのステムと共に、グランドプレートの構成を詳細に示す図である。 図９Ａ及び図９Ｂに示す第２実施形態の双方向光モジュールのステムと共に、グランドプレートの構成を詳細に示す図である。 本発明の第３実施形態に係るグランド板の構成を概略的に示す図である。 本発明の第４実施形態に係る別のタイプのグランド板を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る別のタイプのグランド板を示す図である。 双方向光モジュールのステムの構成の変形例であって、グランド板を設置するための溝を提供するステムを示す図である。 ステムの構成の更なる変形例であってグランド板を設置するための凹部を提供するステムを示す図である。 図１２Ａ及び図１２ＢのＬ−Ｌ’線に沿ってとった断面を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る光モジュール１の分解図である。光モジュール１は、ベース４０と金属製のケース１０で構成される筐体内に、印刷回路基板（以下、「ＰＣＢ」という）３０、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリ（以下、「ＯＳＡ」という）５１、及び、ヒートシンク２０を搭載している。金属製のケース１０は、約０．２ｍｍの厚みのステンレス板で製造されたものであり、ＯＳＡ５１及びＰＣＢ３０上のＩＣで発生した熱を吸収又は放熱し難いものである。したがって、光モジュール１の天部に相当するケース１０の内部には、ヒートシンク２０が取り付けられている。ヒートシンク２０は、約３ｍｍの厚みのアルミニウム製であり、ＯＳＡ５１からの熱を吸収して伝導する。

図２は、ヒートシンク２０が取り付けられたケース１０の内部構造を示している。ケース１０は、一枚の金属板を切断及び折り曲げることにより形成されており、その側面１０ａを固定するためのセルフロックラッチ１４を四つの隅に提供しており、また、ヒートシンク２０を四つの側面１０ａのそれぞれに組み付けるためヒートシンクラッチ１３を提供している。セルフロックラッチ１４及びヒートシンクラッチ１３は、側面１０ａの一部を、Ｕ字状に切り欠き、当該Ｕ字状の切り欠きの内側部分を内側に曲げてストッパとしている。ショーティングフィンガ１１は、ケース１０をＰＣＢ３０上のグランドパターンに接触させることにより、グランド電位に設定される。一方、非ショーティングフィンガ１２は、光モジュール１をマザーボード（図示せず）に機械的に固定するだけのものである。なお、マザーボードは、非ショーティングフィンガ１２の先端部を当該マザーボードのヴィアホールに貫通させて、当該先端部をマザーボードの反対面において折り曲げることにより、光モジュール１を搭載する。非ショーティングフィンガ１２は、それらをヴィアホールに付属するランドにハンダ接続することにより、光モジュール１を固定してもよい。マザーボードのグランドからヴィアホールを電気的に分離することにより、光モジュールのケース１０は、マザーボードのグランドから隔絶される。ベースラッチ１５は、ベース４０をケース１０に固定するために設けられている。

図２に示すヒートシンク２０は、凹部２２及び複数の凸部２１を提供する。凹部２２は、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１を受容する。この凹部２２は、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１に直接的には接触していない。一方、複数の凸部２１のうち一つは、ＰＣＢ３０に搭載されたデジタル信号用のＩＣであって熱を発する当該ＩＣに直接的に接触し、他の凸部２１は、シールドボックス３２に接触して、アナログ回路が搭載されるＰＣＢ３０上の一部をシールドする。即ち、ＩＣ及びシールドボックス３２は、放熱シート又は熱グリース等を介して、対応の凸部２１に熱的に接触する。他方、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１は、ヒートシンク２０から熱的に分離されている。Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１が、典型的にはレーザダイオード（以下、「ＬＤ」という）発光デバイスであってその性能が熱に最も左右される発光デバイスを搭載しているので、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１の放熱パスをヒートシンクから熱的に分離することにより、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１の動作を安定化することが可能である。

図３Ａは、ベース４０を示している。ベース４０は、最も薄い部分において約０．５ｍｍの厚みを有する樹脂又はプラスチック等で構成されており、箱形の形状を有している。各側面４０ａには、複数のリブ４１が形成されており、ＰＣＢ３０はこれらリブ４１に搭載されている。即ち、各リブの頂部は、ＰＣＢ３０を支持して、ＰＣＢ３０の下に空間を確保する。互いに対向する側面には、フック端部４２ａを有するスナップ嵌め部４２が形成されている。ＰＣＢ３０は、リブ４１上に置かれ、フック端部４２ａによって固定される。ベース４０は、段状の頭部４３ａを有するポスト４３を提供している。段状の頭部４３ａの細径部（先端）がＰＣＢ３０のヴィアホール３３ａに挿入されることにより、ポスト４３は、ＰＣＢ３０を支持し、ＰＣＢ３０の位置決めを行う。ベース４０の隅には、三つのコネクタヴィアホール４４が形成されており、当該ヴィアホール４４には、ビデオ信号用のアナログ回路が組み付けられる。Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１によって受信されＰＣＢ３０のアナログ回路で処理されたアナログ信号は、コネクタヴィアホール４４を通過するリードピンを介して、光モジュール１から取り出され得る。中央の孔はアナロググランド用のリードピンのための孔であり、両サイドの孔は、相補的なアナログ信号用のリードピンのための孔である。

図３Ｂは、ＰＣＢ３０を組み付けた状態のベース４０を示している。図３Ｂでは、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１、ＰＣＢ３０のＩＣ３０といった電子部品、及びアナログ信号用のシールドボックス３２は省略されている。ＰＣＢ３０は、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１が搭載される側と反対側の側部に沿って、列状に複数のリードピン３１ａを提供している。ＰＣＢ３０の別の側部には、アナログ信号用の三つのリードピンが設けられている。これら三つのリードピンのうち中央のリードピンは、両側のリードピンよりも小さい径を有している。本実施形態では、中央のピンがアナロググランドに対応しており、両脇のピンは、上述したアナログ信号を伝達する。

図４は、ベース４０上に搭載されたＴｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１を示している。Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１は、後述するようにＷＤＭフィルタが搭載されているＯＳＡ５１の本体部５３がベース４０の凸部４４上に配置され、二つのフランジ５１ｂの間の小径部５１ｃがベース４０の底面４０ｂから突出するフック付きラッチ４７の間に挟まれるように、ベース上に固定される。ラッチ４７の先端のフック４７ａは、別のラッチ４７に向けて突き出している。ＯＳＡ５１がセットされるときには、これらフック付きラッチ４７がフック端部４７ａを当該ラッチ４７の根元部分から広げるように折り曲げられて、これらフック端部４７ａが小径部５１ｃを鞍部４５へと押さえつける。ベース４０は、その底面４０ｂにおいて、ＯＳＡ５１のセット時にラッチ４７が広がり易いように、ラッチ４７の根元部分に開口４６を提供している。

図５は、電子回路を搭載したＰＣＢ３０とＯＳＡ５１とがベース４０に搭載された状態の組立体を示している。図３Ｂ及び図６と図５とを比較すると、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１は、アナログモジュール５４がＰＣＢ３０の中央に向くよう、ベースの所定位置に設けられる。ＰＣＢ３０は、Ｔ字状の切り欠きを提供している。このＴ字の中央のバーに対応する部分にはアナログモジュール５４が配置される。当該部分は、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１の本体部５３がセットされるＴ字の水平バーに対応する切り欠きに連続している。アナログモジュール５４からは三つのリードピン（ＳＩＧ、Ｖｃｃ、及びＧＮＤ）が延び出しており、これらリードピンは、ＰＣＢの対応のパターンに半田付けされる。ＧＮＤ用リードピンは、アナログモジュール５４のステム５４ａに直接的に接続することによりＴｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１のパッケージと共通のものとなっている。一方、デジタル信号、即ち、送信（Ｔｘ）デジタル信号及び受信（Ｒｘ）デジタル信号は、デジタルモジュール５５のステム５５ａから取り出される。Ｔｘ信号用のリードピン５５ｂはＰＣＢ３０の裏面に接続されており、一方、Ｒｘ信号用のリードピン５５ｃはＰＣＢ３０の表面に導かれている。デジタルモジュール５５は、ＯＳＡ５１からアナログモジュール５４と本体部５３とを除いた部分であり、以下では双方向モジュールと称する。

Ｔｘリードピン５５ｃとＲｘリードピン５５ｂとの間には、グランド板５６が設けられている。グランド板５６の両端部は、ＰＣＢ３０のグランドパターンに半田付けされている。このグランド板５６は、Ｔｘ信号とＲｘ信号との間の電気的分離を確実なものとする。さらに、Ｔｘ信号用のグランドとＲｘ信号用のグランドとは、ＯＳＡ５１において互いに分離されている。Ｒｘ信号用のグランドピンは、ＯＳＡ５１のパッケージに直接的に接続しており、アナロググランドと共通になっているが、Ｔｘ信号用のグランドはＲｘグランドからは分離されている。これは、Ｔｘ信号が、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１における信号の中でもとりわけ大きな強度を有するものだからである。さらに、Ｔｘ信号は、ＬＤを駆動するための電流信号である。したがって、Ｔｘ信号は、他の信号、即ち、アナログ信号及びＲｘデジタル信号に強い影響を与える。Ｔｘデジタル信号用のグランドが強力でない場合には、グランドパターンに共通インピーダンスが形成され、これが雑音源となって、受信器の受信感度を劣化させるだけでなく、Ｔｘ信号とＲｘ信号の間のクロストークを悪化させる。このクロストークは、ＴｘグランドからＲｘグランドを分離することによって削減することができる。

アナログ信号は、その強度がデジタル信号の強度より弱く、且つ、周波数多重化された信号であるので、電磁放射の影響を受け易い。したがって、シールドボックスが、ＰＣＢ３０のアナログ回路の全体を覆って、ＥＭＩ放射を回避している。なお、Ｔｘデジタル信号は、ＯＳＡ５１からＰＣＢ３０の裏面において伝達されるが、ＰＣＢ３０の表面に搭載されたＩＣ３５ｂにヴィアホールを介して導かれる。このように、ＰＣＢ３０の裏面には、能動素子は搭載されていない。

ＰＣＢ３０の一縁に沿って、デジタル信号を送受するコネクタピン３１が配置されている。図示した光モジュール１は、ＧＰＯＮシステムにおいて最も高速の２．５Ｇｂｐｓの伝送速度のデジタル信号を処理するので、コネクタピン３１はインピーダンス整合機能を有する必要がない。本構成のコネクタピン３１は、このような２．５Ｇｂｐｓの速度のデジタル信号をその信号形状の実質的な劣化を生じさせることなく、送受することができる。信号用のピン（Ｔｘ、Ｒｘ、及び／Ｒｘ。ここで「／」は相補的な信号を意味する）の両側を、インピーダンスの低い信号（ＧＮＤ、Ｖｃｃ）に対応させることで、その劣化の程度を抑えて信号を伝送することは可能である。

ＯＳＡ５１は、スリーブ５７を、一対のフランジ５１ｂを有するその前方端部に有している。上述したように、ＯＳＡ５１は、フランジ５１ｂ間の小径部５１ｃをフック付きラッチ４７によって挟むことによってベース４０に固定される。ＯＳＡ５１は、スリーブ５７に連続して、本体部５３を有している。本体部５３は、ＷＤＭフィルタを搭載している。ＷＤＭフィルタは、アナログ信号を伝送する１．５５μｍの波長の光を、デジタル信号を伝送する１．５５μｍより短い波長の光から分離する。本実施形態のＷＤＭフィルタは、基板上に誘電体多層膜を設けることで構成されており、１．５５μｍより短い波長を透過する。１．５５μｍの波長の光は、ＷＤＭフィルタによって反射されることにより、アナログモジュール５４に向かう。アナログモジュール５４は、そのステム５４ａ上にフォトダイオードを搭載しているだけであり、前置増幅器を有していない。

１．５５μｍより短い波長の光は、双方向光モジュール５５に向かう。厳密には、光ファイバからの光は、ＷＤＭフィルタを通って伝送され、双方向光モジュール５５から出力される光は、ＯＳＡ５１から光ファイバへと出力される。双方向モジュール５５は、そのステム５５ａから延び出したリードピンを有している。ステム５５ａの上半分には、Ｒｘ信号用のＲｘリードピン（ＳＩＧ、／ＳＩＧ、ＶＣＣ、Ｖｐｄ、及びＧＮＤ）５５ｃが設けられている。一方、ステム５５ａの下半分には、Ｔｘ信号用のリードピン（ＳＩＧ、Ｖｃｃ，ＭＯＮ）５５ｂが設けられている。図６は、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１を上下反転して示している。上述したように、ステム５５ａからは、Ｔｘグランドピンは引き出されていない。即ち、双方向モジュール５５のＬＤは、リードピンＳＩＧ及びＶｃｃの間に電気的に接続されており、ピンＳＩＧに与えられる信号によってＬＤに提供する電流をスイッチングしている。ＬＤからの光出力をモニタするフォトダイオードは、ピンＶｃｃとピンＭＯＮの間に接続されている。

Ｒｘデジタル信号を受信するフォトダイオードは、本実施形態では、アバランシェ・フォトダイオード（以下、「ＡＰＤ」という）である。ＡＰＤはその電荷増倍機能のために、数１０Ｖでバイアスされる必要がある。このバイアス電圧は、リードピンＶｐｄから与えられる。双方向モジュール５５は、ＡＰＤからの光電流出力を電圧信号に変換し当該電圧信号を増幅する前置増幅器を搭載している。前置増幅器は、リードピンＶｃｃから供給される電圧によって駆動され、対応のリードピンＳＩＧ及び／ＳＩＧから二つの相補信号を出力する。

双方向モジュール５５のステム５５ａは、グランド板５６を更に提供している。グランド板５６の平面形状は、Ｈ字形状である。このＨ字の四つの分枝のうち一つは、Ｔｘ信号用のリードピンを囲むように、ステム５５ａの周囲に巻かれている。一方、上述した分枝と反対側の分枝及び対角線上にある分枝は、ＰＣＢ３０上のグランドパターンに半田付けされている。したがって、Ｔｘ信号用のリードピンは、ＰＣＢ３０上のアナロググランドに接続されたグランド板５６によって囲まれ、Ｔｘ信号用のピンの擬似的なシールドを形成して、Ｔｘ信号からＲｘ信号へのクロストークを低減することができる。

このように、本双方向モジュール５５では、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ１がＴｘデバイス及びＲｘデバイスを共通のパッケージ内、即ち共通のステム５５ａ上に搭載しているにも係わらず、Ｔｘ信号用のリードピン５５ｂ及びＲｘ信号用のリードピン５５ｃを二つのグループに分割している。当該グループのうち一方のグループは、ＰＣＢ３０の表面に結合されており、他方のグループは、これら二つのグループのリードピンを分離してＴｘ信号用のリードピン５５ｂを囲むように設けられたグランド板５６を用いて、ＰＣＢ３０の裏面に接続されている。その結果、Ｒｘ信号がＴｘ信号から隔絶され、具体的には、Ｒｘ信号がＬＤの駆動電流を供給するリードピンから隔絶され、これにより、クロストークが改善される。

図７は、クロストークの低減の実験結果を示している。この実験では、フォトダイオードの光受信強度を変動させつつ、例えば１．５ｄＢｍの強度の光を放出するようＬＤに駆動電流を供給することによって、フォトダイオードのビット誤り率（ＢＲＴ）を測定した。特性Ｇ３は、駆動電流が供給されなかった状態に対応しており、クロストークが無い状態に対応している。特性Ｇ５は、駆動電流が供給され双方向モジュールがグランド板を有していなかった状態に対応している。特性Ｇ４は、ＬＤが駆動され双方向モジュールが二つのグループのリードピン間にグランド板を有していた状態に対応している。

ＬＤがＯＦＦであった場合、即ち、レーザダイオードに駆動電流が供給されなかった場合には、点Ｐ１の−２８ｄＢｍの受信強度に対してビット誤り率は１×１０^−１３となった。レーザダイオードが実際に相当な電流で駆動されている場合には、点Ｐ３の−２５．８ｄＢｍの光受信強度に対して、同じ１×１０^−１３のビット誤り率が得られ、したがって、２ｄＢｍ劣化していた。最後に、上述した実施形態のグランド板を設けた双方向モジュールは、点Ｐ２の−２７ｄＢｍの受信強度に対して同じビット誤り率を示し、グランド板が無い場合に得られた劣化の半分であった。

図８は、グランド板の実装の有無によってデジタルＲｘ信号の出力に現れる雑音を比較したものである。この実験では、受信器回路に光入力信号が無い状態で電源を供給し、レーザダイオードをスイッチング電流によって駆動した。スイッチング電流の基本速度は２．５Ｇｂｐｓとし、１．２５ＧＨｚの遮断特性を有するベッセル−トムソンフィルタを介して与えた。この実験では、受信信号の出力に現れた雑音の強度とスペクトルを比較した。

図８に示すように、受信器回路の出力は、グランド板の有無によって単位周波数当り約３から５ｄＢｍの差を示していた。特に、本双方向モジュールは、１５０ＭＨｚ付近で１０ｄＢｍより大きな改善を示した。全周波数にわたって得たノイズ強度の差異は、約２．５ｄＢであり、本グランド板の効果が実証された。

次に、本グランド板の幾つかの変形例について、図９〜図１２を参照しつつ説明する。図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る、グランド板１５６を有する双方向モジュール５５を示している。図９Ａは、上方から見た双方向モジュール５５を示しており、図９Ｂは、下方から見た同モジュールを示している。

双方向モジュール５５は、ＰＣＢ３０上に設けられた回路に接続されていてもよい。双方向モジュール５５は、信号グランドに接続された金属製のステム５５ａ、レーザダイオード（ＬＤ）５７といった発光素子、フォトダイオー（ＰＤ）５８といった受光素子、及び、ＬＤ５７及びＰＤ５８を搭載する空間を画成する金属製のキャップを有している。ステム５５ａは主面５５ｄ及び裏面５５ｅを有しており、例えば５．６ｍｍの径を有する円板状を成している。ＬＤ５７は、ＬＤサブマウントを介して主面５５ｄに搭載されており、ＰＤ５８も、ＰＤサブマウントをステム５５ａの主面５５ｄに搭載されている。主面５５ｄ上には、モニタＰＤと、ＰＤ５８からの出力信号を増幅する前置増幅器（図９Ａには図示していない）が設けられている

双方向モジュール５５は、ＷＤＭフィルタ（図９Ａには図示していない）を、主面５５ｄ上に搭載している。ＰＤ５８は、ステム５５ａの中央部に設けられており、ＬＤは、ステム５５ａの中央からオフセットした位置に設けられている。ＬＤ５７とＰＤ５８との間にはＷＤＭフィルタが設けられている。具体的には、ＷＭＤフィルタは、ＰＤ５８から垂直方向に延びる光軸上に配置されており、当該光軸から４５°傾けられている。光ファイバは、ＷＤＭフィルタの上に配置され、レンズが当該ファイバとＷＤＭフィルタとの間に介在する。ＷＤＭフィルタは、ＬＤ５６から出射された光を光ファイバへと反射し、光ファイバからの光をＰＤ５８へと伝達する。このように、単一のファイバに対する双方向機能が実現される。

図９Ａ及び図９Ｂに示す双方向モジュール５５は、三つのＴｘリードピン５５ｂ、四つのＲｘリードピン５５ｃ、及び、一つのグランドピン５５ｆを有している。三つのＴｘリードピンは、Ｔｘ電源ＶｃｃＴ、Ｔｘ信号ＳｉｇＴ、及びモニタ信号ＭＯＮに対応している。四つのＲｘリードピンは、一対の相補的な信号ＳｉｇＲ及びＳｉｇＲ、Ｒｘ電源ＶｃｃＲ、並びに、ＰＤ用のバイアスＶｐｄに対応している。これらリードピンは、ステム５５ａを通過しているが、ステム５５ａに固定されており、シーリングガラスによりステム５５ａから電気的に分離されている。

各リードピン５５ｂ及び５５ｃの先端は、ステム５５ａの主面５５ｄから突き出ている。それらの他方の端部は、裏面５５ｅから突き出ている。約２５μｍの径を有する複数のボンディングワイヤが、リードピンの先端を、ＬＤ５７の電極及びＰＤ５８の電極に接続している。具体的には、二つのＴｘリードピン５５ｂ、即ち、ＳｉｇＴ及びＶｃｃＴは、ＬＤの電極に接続されており、残りのＴｘリードピン、即ちＭＯＮは、モニタＰＤの一方の電極に接続されている。モニタＰＤの残りの電極は、Ｔｘ電源ＶｃｃＴに接続されている。ＲｘリードピンＶｐｄはＰＤ５８に接続されており、残りの三つのリードピンのうち一つ、即ち、ＶｃｃＲは、電力を供給するよう前置増幅器に接続されており、残りの二つのリードピン、即ち、ＳｉｇＲ及び／ＳｉｇＲは、前置増幅器の出力に接続されている。ケースピン５５ｆは、ステム５５ａに直接的に接続されており、ステム５５ａの裏面から突き出している。図５に示したように、Ｔｘリードピン５５ｂ、Ｒｘリードピン５５ｃ、及びケースピン５５ｆの各々は、ＰＣＢ３０上の配線パターンに半田付けされている。

ステム５５ａは、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、Ｔｘ部Ｅ１及びＲｘ部Ｅ２を有している。図１０Ａは、ステム５５ａの主面５５ｄの構成を示しており、図１０Ｂは、ステム５５ａの裏面５５ｅの構成を示している。これら二つの部分Ｅ１及びＥ２の間には、境界Ｓが横断している。三つのＴｘリードピン５５ｂは、Ｔｘ部Ｅ１内に設けられており、四つのＲｘリードピン５５ｃ及びケースピン５５ｆは、Ｒｘ部Ｅ２に設けられている。境界Ｓの長さは、ステム５５ａの径に略等しい。ＬＤ５７は、境界Ｓ及び三つのＴｘリードピン５５ｂによって囲まれており、ＰＤ５８は、境界Ｓ、四つのＲｘリードピン５５ｃ、及びケースピン５５ｆによって囲まれている。

図９Ａ及び図９Ｂを再び参照する。図９Ａ及び図９Ｂに示す双方向光モジュール５５を搭載した光モジュール１は、信号グランドをケースグランドから分離して、ノイズ耐性及びＥＭＩ耐性を向上している。本光モジュール１では、Ｒｘ部Ｅ２用のグランドは、信号グランドに接続されており、Ｔｘ部Ｅ１用のグランドはケースグランドに接続されている。具体的には、Ｒｘ部Ｅ２に設けられたケースピン５５ｆは、ステム５５ａから直接的に延び出して、ＰＣＢ３０上の信号グランドに接地される。さらに、図９Ａ及び図９Ｂに示したグランド板１５６は、ステム５５ａに直接的に接続されており、ＰＣＢ３０上のグランドパターンに対して翼部１５６ａを介して接地されている。グランド板１５６は、その両端に翼部１５６ａを含んでおり、翼部１５６ａに接続するセンターバー１５６ｂを含んでいる。センターバー１５６ｂは、ステム５５ａの裏面５５ｅに半田付けによって固定されている。センターバー１５６ｂの両端は、ステム５５ａのエッジから延び出している。翼部１５６ａは、ネジによって当該翼部１５６ａをｐＣＢ３０に固定するための複数の孔１５６ｃを有している。センターバー１５６ｂは、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、二つの部分Ｅ１及びＥ２の間の境界Ｓに沿って設けられている。Ｔｘ部Ｅ１を含む裏面５５ｅ内の領域には、三つのリードピン５５ｂが配置されており、Ｒｘ部Ｅ２を含む別の領域には、四つのＲｘリードピン５５ｃ及びケースリードピン５５ｆが配置されている。このように、グランド板１５６は、ステム５５ａの裏面５５ｅにおいて、Ｔｘ部Ｅ１を含む領域を、Ｒｘ部Ｅ２を含む別の領域から分離する。Ｔｘリードピン５５ｂも、Ｒｘリードピン５５ｃから分離され得る。

グランド板１５６の外形は、図５、６、９Ａ、及び９Ｂに示したものに限定されるものではない。グランド板５６及び１５６の作用及び効果と同様の作用及び効果を示す別の形状も考え得る。図１１Ａは、一つのタイプのグランド板２５６を示しており、このグランド板２５６は、グランド板５６及び１５６と同様の機能を示すが、異なる形状を有している。図１１Ｂ及び図１１Ｃは、異なる形状を有する更に別のグランド板を示している。

図１１Ａに示すグランド板は、二つの部分Ｅ１及びＥ２間の境界Ｓ上に設けられた短いセンターバー２５６を有している。センターバー２５６の両端は、ステム５５ａの裏面５５ｅ内に存在し、当該センターバー２５６の長さは、ＬＤ５７又はＰＤ５８のサイズと同程度のものである。このセンターバー２５６は、三つのＴｘリードピン５５ｂ、四つのＲｘリードピン５５ｃ、及びケースピン５５ｆに囲まれている。

図１１Ｂに示すグランド板は、第１〜第３の部分２５６ａ〜２５６ｃを含むセンターバー２５６を有している。第１の部分２５６ａは、境界Ｓに沿って設けられている。第１の部分２５６ａの両端は、ステム５５ａの裏面５５ｅ内に存在している。第２及び第３の部分２５６ｂ及び２５６ｃは、第１の部分２５６ａの端部から裏面５５ｅに沿って延び出している。第２及び第３の部分２５６ｂ及び２５６ｃは、三つのＴｘリードピン５５ｂ及びＬＤ５７が搭載された領域を囲むように、Ｔｘ部Ｅ１内に設けられている。第２及び第３の部分２５６ｂ及び２５６ｃは、グランド板２５６を用いてＰＣＢ３０に双方向モジュール２５５を固定するため、複数の孔を有している。

図１１Ｃに示す双方向モジュール３５５は、図１１Ｂに示したセンターバーと同様のセンターバーを有しているが、第２及び第３の部分は、図１１Ｂのものとは反対方向に延び出している。具体的には、第２及び第３の部分３５６ｂ及び３５６ｃは、四つのＲｘリードピン５５ｃ及びＰＤ５８が搭載される領域をそれらの間に囲むように設けられている。グランド板３５６の他の構成は、図１１Ｂに示したものと同様である。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、ステムの別の構成を説明するための図である。ステム１５５ａ及び２５５ａはそれぞれ、その裏面１５５ｅにおいて、グランド板５６、１５６、２５６、又は３５６を境界Ｓに配置するための溝１５５ｇ、凹部１５５ｈを提供している。図１２Ｃは、境界Ｓに交差する方向から見た断面であってＬ−Ｌ’線に沿ってとった断面を示している。ステム１５５ａ又は２５５ａの他の構成は、変形例のステム１５５ａ又は２５５ａが、溝１５５ｇ又は凹部１５５ｈを有する点を除いて、ステム５５ａのものと同様である。

図１２Ａに示すステム１５５ａの裏面１５５ｅは、境界Ｓに沿って溝１５５ｇを提供している。グランド板５６のセンターバー又は当該溝１５５ｇ内に配置されるものは、ステム１５５ａに対して半田付けされる。グランド板５６の位置は、この溝１５５ｇによって容易に決定されるので、グランド板５６等のステム１５５ａに対する組立は容易なものとなる。

図１２Ｂに示す別のステム２５５ａの裏面２５５ｅは境界Ｓに凹部２５５ｈを提供している。グランド板５６等は、センターバー５６ｂにおいてこの凹部２５５ｈ内に配置され、ステム２５５ａに半田付けされる。この実施形態では、グランド板５６のセンターバー等は、凹部２５５ｈ内に容易に配置することができ、グランド板５６等のステム２５５ａに対する組立が容易なものとなる。

このように、本発明に係るグランド板５６等は、（１）ＰＣＢ３０上のグランドパターンに電気的に接続することによってグランド電位を強化し、また、ＲｘユニットをＴｘユニットから電気的に分離する機能、（２）Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡ５１の後端部を機械的に支持する機能、（３）双方向モジュール５５内で発生した光をＰＣＢ３０に放熱することにより、双方向光モジュール５５を熱的に安定化する機能を提供する。

ステム５５ａ上に搭載される半導体デバイスは、熱を発生する能動素子である。特に、レーザダイオードは、その特性について大きな温度依存性を示す。ステム５５ａからＰＣ３０へのグランド板を介して効率的な熱伝導によって、双方向モジュールの熱特性を改善することができる。双方向モジュールは、ＬＤ及び前置増幅器付きのＰＤの双方を同じステム上に搭載していることが重要である。前置増幅器によって発生された熱は、ＬＤの特性に大きく影響する。

従来の光モジュールは、双方向モジュールではあるが、前方部のスリーブから双方向モジュールを搭載した光モジュールのハウジングへの放熱パスを確保している。スリーブをハウジングに固定することによって、放熱パスを同時に確保している。双方向モジュール内のデバイスによって発生された熱は、ハウジングに間接的に伝達される。具体的には、熱は、ステムに伝導され、次いで、ステムに機械的に固定されたキャップへと伝わり、キャップの頂部に取付けられたスリーブに伝わり、最後に、スリーブからハウジングに伝わる。これは、非効率な熱伝導パスである。本光モジュールのグランド板は、ステムからＰＣＢへの直接的且つ効率的な熱伝導パスを確保し得る。

さらに、上述した実施形態に係る光モジュールは、ＰＣＢ３０上のＩＣ用の放熱パスを、双方向モジュール５５用のパスから分離している。ＩＣからの前者のパスは、金属製のケース１０の内側の天部に取付けられたヒートシンク２０ヒートシンクを用いたＩＣ間の直接的な接触により確保される。一方、後者のパスは、双方向モジュール５５のステム５５ａからＰＣＢ３０へとグランド板５６、１５６、２５６、又は３５６を介して独立に確保される。これによって、双方向モジュール５５における能動素子をＩＣで発生した熱から開放することができる。

ＰＣＢ上に固定又は半田付けされるグランド板は、その両翼部において、リードピンを熱的ストレスから解放し得る。双方向モジュールは、Ｔｘ機能とＲｘ機能の双方を同じパッケージ内に搭載しており、このことが用意すべきリードピンの数を増加させる。一方、双方向光モジュールに限定されない光モジュールには、その外径をより小さくすることが要請されている。これらの矛盾する要請に対する一つの回は、リードピンの径を小さくすることである。これによって、リードピンは、機械的ストレスに弱くなる。従来の双方向モジュールは、その前方においてスリーブを設けることにより光トランシーバ又は光モジュールのハウジングに対して固定されている。本出願の一実施形態では、Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ ＯＳＡの前方部が、スリーブの二つのフランジカンの小径部を鞍部４５上にセットし、本体部５３をベース４０の凸部４４上にセットすることによって支持されるが、ＯＳＡ５１の後方端部は、実質的に自由に保たれている。

細い筒形状をもった双方向光モジュールがその一端においてスリーブによって保持される場合、他端はＰＣＢに半田付けされたリードピンによって保持及び支持されなければならない。このように、リードピンは二つの機能、即ち、電気信号を伝送する機能、及び、モジュールの端部を支持する機能を提供しなければならない。しかしながら、上述したように、０．５ｍｍより小さいことのある径をもった細いリードピンは、断線することが多々ある。翼部をもった本発明のグランド板は、リードピンに代えて、双方向モジュールの後方端部を支持することができ、これによって、リードピンの径をより小さくすることができる。

本発明の好適な実施の形態を説明してきたが、これら実施形態に対する多くの変更を、本発明の真の範囲及び本発明の教示から逸脱すること成し得る。本発明は、したがって、特許請求の範囲及びその均等物によって限定されるものである。

１…光モジュール、１０…ケース、１１…ショーティングフィンガ、１２…非ショーティングフィンガ、１３…ヒートシンクラッチ、１４…セルフロックラッチ、１５…ベースラッチ、２０…ヒートシンク、２１…凸部、２２…凹部、３１…コネクタピン、３１ａ…リードピン、３２…シールドボックス、３３ａ…ヴィアホール、４０…ベース、４０ａ…側面、４０ｂ…底面、４１…リブ、４２…スナップ嵌め部、４２ａ…フック端部、４４…凸部、４５…鞍部、４６…開口、４７…ラッチ、４７ａ…フック、５１…Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリ、５１ｂ…フランジ、５１ｃ…小径部、５３…本体部、５４…アナログモジュール、５４ａ…ステム、５５…デジタルモジュール（双方向光モジュール）、５５ａ…ステム、５５ｂ…リードピン（送信用）、５５ｃ…リードピン（受信用）、５５ｄ…主面、５５ｅ…裏面、５５ｆ…グランドピン（ケースピン）、５６…グランド板、５６ｂ…センターバー、５７…スリーブ、１５５ａ…ステム、１５５ｅ…裏面、１５５ｇ…溝、
１５５ｈ…凹部、１５６…グランド板、１５６ａ…翼部、１５６ｂ…センターバー、１５６ｃ…孔、２５５…双方向モジュール、２５５ａ…ステム、２５５ｅ…裏面、２５５…凹部、２５６…グランド板、３５５…双方向モジュール、３５６…グランド板。

Claims (7)

1. アナログ光信号及びデジタル光信号を受信し、別のデジタル光信号を送信することが可能な光モジュールであって、
   第１の波長を有する前記アナログ光信号を受信するアナログモジュール、第２の波長を有する前記デジタル信号を受信し、第３の波長を有する前記別のデジタル信号を送信する双方向モジュール、及び、ＷＤＭフィルタを有するＴｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリを備え、
   前記双方向モジュールは、前記アナログモジュールのパッケージとは異なるパッケージを有しており、該双方向光モジュールの該パッケージは前記デジタル信号を受信する半導体受光素子と前記別のデジタル信号を出射する半導体発光素子とを共に搭載しており、
   前記ＤＷＭフィルタは前記第２及び第３の波長から前記第１の波長を分離し、
   前記双方向モジュールは、前記アナログモジュールの光軸に対して実質的に垂直な光軸を有している、
   光モジュール。
2. 樹脂製のベース及びフレームグランドを提供する金属製のケースを含むハウジングと、
   前記アナログモジュールに結合された第１の電子回路、及び、前記双方向モジュールに結合された第２の電子回路を搭載した印刷回路基板であって、該光モジュールの信号グランドを除いて前記第１の電子回路が前記第２の電子回路から電気的に分離されている、該印刷回路基板と、
   前記双方向モジュールに固定されており、前記印刷回路基板の前記信号グランドに固定されたグランド板であって、前記双方向モジュールを前記印刷回路基板の信号グランドに接地する、該グランド板と、
   を更に備える請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記グランド板は、前記双方向モジュールで発生した熱を前記印刷回路基板に放熱する、請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記ハウジングは、その内側の天部にヒートシンクを更に提供しており、該ヒートシンクは、前記印刷回路基板に搭載された前記第２の電子回路と直接的に接触しており、前記双方向モジュールからは離れている、請求項２に記載の光モジュール
5. 前記Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリは、その前方部において前記ベースに物理的に支持されており、その後方部において前記グランド板に物理的に支持されている、請求項２に記載の光モジュール。
6. 前記ベースは、一対のラッチ及び凸部を有しており、
   前記Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリの前記前方部は、前記一対のラッチ及び前記凸部によって囲まれて支持されている、
   請求項５に記載の光モジュール。
7. 前記印刷回路基板は、その内部に前記Ｔｒｉ−Ｐｌｅｘｅｒ光サブアセンブリを配置するためのＴ字状の切り欠きを有する、請求項２に記載の光モジュール。

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