JP2010122495A - 光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバの配線の交錯を緩和し、光ファイバの使用量を低減させる光通信モジュールを提供する。
【解決手段】光パッケージ２と光学フィルタ３と光学ブロック４とハウジング５とハウジング内回路基板６と電気コネクタ７とを備え、光学ブロック４は前側レンズ部８と後側レンズ部９と光入射ポート及び光出射ポートを有し、光学フィルタ３は前側レンズ部８と後側レンズ部９の光軸に斜めに交差し、光パッケージ２は光学フィルタ３と光パッケージ２間の光軸と前側レンズ部８と光学フィルタ３間の光軸とが９０°の角度を形成して配設され、ハウジング内回路基板６０と光パッケージ２とを電気的に接続するフレキ基板１０により光学ブロック４がフローティング保持される光通信モジュール１において、光学ブロック４はさらに弾性部材１００によりフローティング保持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバの配線の交錯を緩和し、光ファイバの使用量を低減させる光通信モジュールに関する。

光通信用の光パッケージとその周辺回路をハウジングに内蔵した光通信モジュール（光トランシーバとも言う）には、光パッケージに内蔵される半導体光素子が発光素子、光パッケージ内周辺回路が発光駆動回路である光送信モジュールがあり、一方、半導体光素子が受光素子、光パッケージ内周辺回路が初段増幅回路である光受信モジュールがあり、さらに、発光と受光の素子・回路を共に備えた光送受信モジュールなどがある。どの光通信モジュールも光学系の構造は大差ないので、以下、光送信モジュールを例にして述べる。

光通信モジュールは、定置型の通信装置の筐体内に設けられた光通信基板に装着して使用される。このために、光通信モジュールには、そのハウジングの底面に露出している電気コネクタが設けられる。

特許第３１３４８５０号公報（特開平１１−１４９００４）

光通信基板には、複数の光通信モジュールを搭載できるように、光通信基板に複数の電気コネクタが配置されている。光通信のチャネルの増設に対応して電気コネクタに光通信モジュールを挿すことで光通信モジュールを追加できる。しかし、図５に示されるように、１つの光通信モジュール１２１には少なくとも１本の光ファイバ１２２が必要であるから、光通信モジュール１２１を追加すると光ファイバ１２２も追加され、光通信基板１２３上を複数の光ファイバ１２２が配線される。図では、複数の光ファイバ１２２が整然と並んでいるが、実際には、このような整然とした整列を図ることはできず、これらの光ファイバ１２２が交錯することになる。もちろん、これらの光ファイバ１２２は、通信装置の外でも交錯する。

また、この光ファイバ１２２は、当該光通信基板１２３を収容した通信装置から外へ出て隣接する通信装置の光通信基板まで配線されるが、その配線距離は一般に数ｍ〜数１００ｍである。光ファイバの必要量は本数×配線距離となるので、光通信のチャネルの増設のたびに光ファイバの使用量が増加していく。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、光ファイバの配線の交錯を緩和し、光ファイバの使用量を低減させる光通信モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の光通信モジュールは、少なくとも一つの半導体光素子を内蔵した光パッケージと、特定波長の光を反射し他の波長の光を透過する光学フィルタと、該光学フィルタが配設される透明材料からなる光学ブロックと、これら光パッケージと光学ブロックを収容するハウジングと、該ハウジングに収容され上記光パッケージの周辺電気回路を実装したハウジング内回路基板と、該ハウジング内回路基板に電気的に導通し上記ハウジングの底面に露出している電気コネクタとを備え、上記光学ブロックは、上記ハウジングの前側側面から上記ハウジング外に臨む前側レンズ部と、上記ハウジングの後側側面から上記ハウジング外に臨む後側レンズ部と、光入射ポート及び光出力ポートとを有し、上記光学フィルタは、上記前側レンズ部と上記後側レンズ部とを結ぶ光軸に所定の角度で斜めに交差して配置され、上記光パッケージは、上記光学フィルタと上記光パッケージ間の光軸と、上記前側レンズ部と上記光学フィルタ間の光軸とが９０°の角度を形成して配設され、上記ハウジング内回路基板と上記光パッケージとを電気的に接続する第１の弾性部材であるフレキ基板により上記光学ブロックがフローティング保持される光通信モジュールにおいて、上記光学ブロックはさらに上記フレキ基板とは別となる第２の弾性部材によりフローティング保持されるものである。

上記ハウジング内回路基板は上記ハウジング内の底部に位置し、上記ハウジングの底面に臨む面に上記電気コネクタが実装され、上記光学ブロックは上記前側レンズ部の近傍に上記ハウジングの外へ所定の形状で突き出したピン部を有し、上記後側レンズ部の近傍に上記ピン部と嵌合可能なホール部を有し、上記第２の弾性部材は少なくとも上記光学ブロックの上面と上記ハウジングの間に配設されていてもよい。

上記ハウジング内回路基板は、上記ハウジング内の底部に位置し、上記ハウジングの底面に臨む面に上記電気コネクタが実装され、上記第２の弾性部材は上記光学ブロックの上面と上記ハウジングの間、および上記光学ブロックの下面と上記ハウジングの間に配設されていてもよい。

上記第２の弾性部材が、樹脂、プラスチック、ゴム、シリコン、ウレタンのいずれか１つ以上からなってもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）光ファイバの配線の交錯を緩和することができる。

（２）光ファイバの使用量を低減させることができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る光通信モジュール１は、少なくとも一つの半導体光素子を内蔵した光パッケージ２と、特定波長の光を反射し他の波長の光を透過する光学フィルタ３と、光学フィルタ３が配設される透明材料からなる光学ブロック４と、これら光パッケージ２と光学ブロック４を収容するハウジング５と、ハウジンク５に収容され光パッケージ２の周辺電気回路を実装したハウジング内回路基板６０と、ハウジング内回路基板６０に電気的に導通しハウジング５の底面に露出している電気コネクタ７とを備える。

光学ブロック４は、光を集光あるいはコリメートするための１個以上のレンズを個々に用意してハウジング５の適宜箇所に取り付けるのではなく、透明な樹脂やガラスで形成された光学ブロック４の適宜箇所にレンズを一体形成するものである。また、光学ブロック４には他の部材を埋め込んだり、取り付けたりする台座としての機能もある。

本発明の光学ブロック４は、ハウジング５の前側側面からハウジング５外に臨む前側レンズ部８と、ハウジング５の後側側面からハウジング５外に臨む後側レンズ部９とを有する。この実施形態では、前側レンズ部８がハウジング５の外に出ているが、ハウジング５の内にあってもよい。同様に、後側レンズ部９がハウジング５の内にあるが、ハウジング５の外に出ていてもよい。

光学ブロック４は、ハウジング５内にフローティング保持されている。フローティング保持とは、光学ブロック４がハウジング５に対して堅固に固定されているのでなく、緩く規制されている程度か、あるいは光学ブロック４とハウジング５とは接するところがなく、他の部材（本実施形態では第１の弾性部材であるフレキ基板１０、第２の弾性部材である弾性部材１００〜１０２；以下では、第２の弾性部材のみを弾性部材と称し、フレキ基板１０は特別な場合を除き弾性部材と称さない）を介して光学ブロック４がハウジング５内に保持されていることを言う。

本発明の光学ブロック４の重さは約１ｇである。これに対して光学ブロック４をフローティング保持するフレキ基板１０の曲げによる弾性力は約１０ｇであり、充分フローティング保持することが可能である。光学ブロック４の重さに応じて適宜、フレキ基板１０の形状、または材料（弾性率）を決定すればよい。フレキ基板１０の材料としては、ポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタート）、液晶ポリマー樹脂、アラミド樹脂などを用いることができる。

さらに、本発明の光通信モジュール１において、光学ブロック４は、弾性部材１００〜１０２によりフローティング保持される。弾性部材１００〜１０２は、図１に示されるように、光学ブロック４の上面とハウジング５の間、および光学ブロック４の下面とハウジング内回路基板６０の間に配設されている。そして弾性部材１００〜１０２は光学ブロック４およびハウジング内回路基板６０、ハウジング５とは接着剤を用いて接続するとよい。これにより、弾性部材１００〜１０２はハウジング５内で移動することがなく、光学ブロック４を保持するバランスが安定する。

光学ブロック４の上面とハウジング５の間に弾性部材１００を設けることにより、光学ブロック４は上下から弾性部材１００とフレキ基板１０とでフローティング保持されることになり、安定性が飛躍的に向上する。なぜならば、フレキ基板１０のみで光学ブロック４をいわゆる片持ちで保持した場合には、振動が加わったとき、振動抑圧が利かず、長時間振動する。これに対して、本発明のように光学ブロック４を光学ブロック４の上下から保持すると、振動を抑圧することができ、安定保持が可能となる。したがって、振動・衝撃がある環境下で光通信モジュール１を使用した場合でも、光学ブロック４が振動することを防止できる。このため、他の光通信モジュールとの光学的接続箇所となるレセプタクル部１０３の安定性を保つことができる。

弾性部材１００〜１０２は、光学ブロック４の上面とハウジング５の間、あるいは光学ブロック４の下面とハウジング内回路基板６０の間のぴったりとした大きさ以上の大きさに形成し、押圧して弾性を利かせた状態で挿入するとよい。

さらに、本発明に係る図１の光通信モジュール１において、フレキ基板１０のみにより光学ブロック４をフローティング保持するものとしたとき、フレキ基板１０を光学ブロック４の水平方向中央領域に配置できない場合に、フレキ基板１０による光学ブロック４のフローティング保持バランスが悪くなる。つまり、光学ブロック４の水平方向中央領域から外れた場所でフローティング保持されると、ローリングあるいはピッチングが生じやすい。そこで、本発明では、フレキ基板１０と同じ側（光学ブロック４の下面とハウジング５の間）に弾性部材１０１，１０２を配設する。これにより、光学ブロック４をフローティング保持するバランスがよくなり、他の光通信モジュールとの光学的接続箇所となるレセプタクル部１０３の安定性を保つことができる。なお、フレキ基板１０を光学ブロック４の水平方向中央領域に配置できる場合、フレキ基板１０による光学ブロック４のフローティング保持バランスが良いので、フレキ基板１０と同じ側（光学ブロック４の下面とハウジング５の間）に弾性部材１０１，１０２を配設しなくともよい。

弾性部材１００〜１０２は、樹脂、プラスチック、ゴム、シリコン、ウレタン、金属などの材料からなり、形状は、例えば、図４（ａ）に示されるように、薄膜で筒状あるいは袋状に形成し、断面がリング状となるよう中空にしたものである。弾性部材１００〜１０２が金属などの導電材料からなる場合は、周辺電気回路が電気的に短絡することを防止するため、弾性部材１００〜１０２の表面に絶縁材を被膜するとよい。弾性部材１００〜１０２の膜厚は、材料の弾性力に応じて適宜決定すればよい。また、その他の形状として、弾性部材１００〜１０２は、図４（ｂ）に示されるように、直方体状に形成してもよい。また、弾性部材１００〜１０２は、図４（ｃ）に示されるように、螺旋状に形成してもよい。

弾性部材１００〜１０２は、フレキ基板１０の弾力性とほぼ同等の弾力性を有する材料を用いるとよい。例えば、弾性部材１００〜１０２がフレキ基板１０の弾力性より大きくなる（例えば２倍程度）とリジッド固定に近付いてしまうため、相手側光通信モジュールにレセプタクル部１０３を接続する際、相手側のレセプタクル部との寸法ばらつきにより高さ方向、横方向のズレを吸収しずらくなるため、レセプタクル部１０３に応力を受け、光学損失を生じる可能性がある。逆に、弾性部材１００〜１０２がフレキ基板１０の弾力性より小さい（例えば１／２程度）と、フレキ基板１０単独の保持に近付いてしまうため保持バランスが充分に機能しなくなる。弾性部材１００〜１０２がフレキ基板１０の弾力性とほぼ同等の弾力性を有することにより、保持バランスがとれるため、相手側光通信モジュールと光学的に接続されるレセプタクル部１０３が安定となる。

次に、光学ブロック４の構造に関して図２を用いて説明する。

光学フィルタ３は、前側レンズ部８と後側レンズ部９とを結ぶ光軸に所定の角度で斜めに交差して配置されている。この実施形態では、その角度は４５°である。

光パッケージ２は、光学フィルタ３の前側の面に対して前側レンズ部８とは反対の角度で斜めに入射光軸を有し、その反射光軸が前側レンズ部８と後側レンズ部９とを結ぶ光軸に一致する。すなわち、光パッケージ２は、光学フィルタ３と光パッケージ２間の光軸と、前側レンズ部８と光学フィルタ３間の光軸とが、９０°の角度を形成して配設されている。

光パッケージ２に内蔵された半導体光素子は発光素子又は受光素子である。この実施形態のように半導体光素子が発光素子であれば、光パッケージ内回路基板６に実装された周辺回路が発光駆動回路であって、ハウジング内回路基板６０に実装された光パッケージ２の周辺電気回路が送信用回路であって、光通信モジュール１は光送信モジュールである。半導体光素子が受光素子であれば、光パッケージ内回路基板６に実装された周辺回路が初段増幅回路であって、ハウジング内回路基板６０に実装された光パッケージ２の周辺電気回路が受信用回路であって、光通信モジュール１は光受信モジュールとなる。

半導体光素子は、発光素子の場合、少なくとも特定波長（光学フィルタ３の反射波長）を含む帯域の光を発光できる広帯域の発光特性を持つ発光素子、あるいは特定波長の光のみを発光する挟帯域の発光特性を持つ発光素子である。受光素子の場合、少なくとも特定波長を含む帯域の光を受光できる広帯域の受光特性を持つ受光素子である。

この実施形態では、光パッケージ２は、光学ブロック４に直接接して固定されている。一方、ハウジング内回路基板６０は、ハウジング５内の底部に位置し、図示しない手段により、ハウジング５に固定されている。そして、ハウジング内回路基板６０は、ハウジング５の底面に臨む面に電気コネクタ７を実装している。このため、光パッケージ２はハウジング内回路基板６０からは離れており、光パッケージ２はハウジング内回路基板６０にフレキ基板１０を介して接続されている。

フレキ基板１０は、光パッケージ２とハウジング内回路基板６０の電気的導通だけでなく、光学ブロック４をハウジング５内にフローティング保持するための、弾性部材としての機能も有する。

電気コネクタ７は、図示しない定置型の通信装置の筐体内に設けられた光通信基板に実装された相手側の電気コネクタと嵌合して電気的接続を図るものである。電気コネクタ７は、例えば、１００ピンコネクタである。

この構成において、光パッケージ２内の半導体光素子が発光した光のうち特定波長の光は、図１中に矢印で示したように、光パッケージ２から出射され、光学フィルタ３において反射されて前側レンズ部８に至り、前側レンズ部８から外部へ出射される。また、外部から後側レンズ部９に入射した光は、光学フィルタ３を直進透過して前側レンズ部８に至り、前側レンズ部８から外部へ出射される。

従って、この場合、前側レンズ部８が光出射ポートとなり、後側レンズ部９が光入射ポートとなる。

一方、光学的対称性から、外部から前側レンズ部８に複数波長の光が入射すると、特定波長の光は光学フィルタ３において反射して光パッケージ２に至り、他の波長の光は光学フィルタ３を透過して後側レンズ部９から出射される。

つまり、この場合には、前側レンズ部８が光入射ポートとなり、後側レンズ部９が光出射ポートとなる。

いずれにしても、前側レンズ部８と光学フィルタ３の間は全ての波長の光が通過し、光学フィルタ３と光パッケージ２の間は特定波長の光のみが通過し、光学フィルタ３と後側レンズ部９の間は他の波長の光のみが通過することになる。

本発明の光通信モジュール１の作用効果は、複数の光通信モジュールを使用する場合において顕著に発揮されるので、ここでは、図示のように２個の光通信モジュールを使用する場合を説明する。前に配置された光通信モジュール１の光学フィルタ３は波長λ１の光は反射し、波長λ１以外の光は透過する特性を有する。一方、後に配置された光通信モジュール１ａの光学フィルタ３ａは波長λ２の光は反射し波長λ２以外の光は透過する特性を有する。なお、λ１≠λ２である。

光通信モジュール１ａの光パッケージ２ａから出射した波長λ２の光は、前側レンズ部８ａから出射されて光通信モジュール１の後側レンズ部９に入射する。この光は光学フィルタ３を直進透過して前側レンズ部８から外部へ出射される。一方、光通信モジュール１の光パッケージ２から出射した波長λ１の光は、既に説明したように光学フィルタ３で反射されて前側レンズ部８から外部へ出射される。つまり、前側レンズ部８からは、波長λ１の光と波長λ２の光が重畳されて出射される。

この出射光（波長λ１の光と波長λ２の光）を図示しない光ファイバに入射して伝送すれば、２個の光通信モジュールに対して光ファイバは１本でよい。そして、光通信モジュール１の後に配置された光通信モジュール１ａのさらに後にも同様の光通信モジュールを次々と配置可能であり、各光学フィルタの反射波長を変えることで、波長多重された光を１本の光ファイバで伝送可能となる。

すなわち、光通信モジュール１をＮ個用いるとき、第ｉ光通信モジュールの後側レンズ部９に第ｉ＋１光通信モジュールの前側レンズ部８が臨むようにＮ個の光通信モジュール１を縦列配置する。このとき、各光通信モジュール１の光学フィルタ３の反射波長はいずれも異なるようにしておく。

これにより、複数の光通信モジュールを使用する場合、あるいは光通信モジュールを追加していく場合、従来技術の課題であった光ファイバの配線の交錯を緩和し、光ファイバの使用量を低減させることができる。

図１の実施形態では、光通信モジュール１にある光パッケージ２内の半導体光素子は１個と考えたが、光パッケージ２内に半導体光素子が複数あってもよい。複数の半導体光素子を１列あるいは複数列に整列配置すると、光学フィルタ３での各半導体光素子の反射光軸は１列あるいは複数列の互いに平行な光軸となる。これらの反射光軸が前側レンズ部８と後側レンズ部９とを結ぶ互いに平行な複数の光軸にそれぞれ一致していれば、これまで１個の半導体光素子について説明した光学的作用が各々の半導体光素子について独立に成立する。

次に、図１の実施形態について詳細に説明する。

図２及び図３は、光通信モジュール１のハウジング、電気コネクタを省略してハウジング内部を示したものである。光通信モジュール２１は、光通信モジュール１と同様に、光パッケージ２、光学フィルタ３、光学ブロック４、ハウジング５（図１参照）、ハウジング内回路基板６０、電気コネクタ７（図１参照）を備える。

光パッケージ２の内部では、半導体光素子２００が光パッケージ内回路基板６に実装されている。

光学ブロック４は、前側レンズ部８と後側レンズ部９のほかに、光パッケージ２内の半導体光素子２００に臨む半導体光素子側レンズ部２２を有する。

光学ブロック４は、天面から窪んだ２つの斜面から形成される穴２３を有する。一方の斜面が光学フィルタ３の設置角度になるような傾斜角（本実施形態では４５°）を有する。この穴２３の斜面に光学フィルタ３を載置することにより、光学フィルタ３は前側レンズ部８と後側レンズ部９とを結ぶ光軸に所定の角度（本実施形態では４５°）で斜めに交差して配置される。その後、穴２３に光学ブロック４と屈折率（本実施形態では１．４５前後）がほぼ同じ充填材２４を充填すると、光信号の損失を低減できると共に、光学フィルタ３へのゴミの付着を防止できる。

半導体光素子２００は複数個設けられており、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）あるいはＰＤ（Photo Diode）アレイで実現される。光パッケージ内回路基板６には、半導体光素子２００の周辺電気回路としてドライバアレイあるいはＴＩＡ（Trans-Impedance Amplifier）アレイ２５が実装される。これに対応し、前側レンズ部８は、複数個のレンズを前面に平行に一列に配列したレンズアレイとなっている。後側レンズ部９、半導体光素子側レンズ部２２も図には表れないが、複数個のレンズをそれぞれの面に平行に一列に配列したレンズアレイとなっている。

光学ブロック４は、前側レンズ部８の近傍に、ハウジング５の外へ所定の形状で突き出したピン部２６を有し、後側レンズ部９の近傍に、ピン部２６と嵌合可能なホール部２７を有する。この実施形態では、ピン部２６は円柱であり、ホール部２７は円柱穴であるが、多角形柱と多角形柱穴としてもよい。この実施形態では、ピン部２６とホール部２７は、各々２個が前側レンズ部８、後側レンズ部９の長手方向両脇に設けられているが、光軸合わせが目的であるので、個数と配置はこれに限定されない。

本発明の一実施形態を示す光通信モジュールの断面図である。 本発明の他の実施形態を示す光通信モジュールのハウジングを除いた断面図である。 本発明の他の実施形態を示す光通信モジュールのハウジングを除いた斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の弾性部材の構造を示す構造図である。 従来の光通信モジュールの使用状況の斜視図である。

符号の説明

１，２１ 光通信モジュール
２ 光パッケージ
３ 光学フィルタ
４ 光学ブロック
５ ハウジング
６ 光パッケージ内回路基板
７ 電気コネクタ
８ 前側レンズ部
９ 後側レンズ部
１０ フレキ基板
２２ 半導体光素子側レンズ部
２６ ピン部
２７ ホール部
６０ ハウジング内回路基板
１００，１０１，１０２ 弾性部材
２００ 半導体光素子

Claims (4)

1. 少なくとも一つの半導体光素子を内蔵した光パッケージと、特定波長の光を反射し他の波長の光を透過する光学フィルタと、該光学フィルタが配設される透明材料からなる光学ブロックと、これら光パッケージと光学ブロックを収容するハウジングと、該ハウジングに収容され上記光パッケージの周辺電気回路を実装したハウジング内回路基板と、該ハウジング内回路基板に電気的に導通し上記ハウジングの底面に露出している電気コネクタとを備え、
   上記光学ブロックは、上記ハウジングの前側側面から上記ハウジング外に臨む前側レンズ部と、上記ハウジングの後側側面から上記ハウジング外に臨む後側レンズ部と、光入射ポート及び光出力ポートとを有し、
   上記光学フィルタは、上記前側レンズ部と上記後側レンズ部とを結ぶ光軸に所定の角度で斜めに交差して配置され、
   上記光パッケージは、上記光学フィルタと上記光パッケージ間の光軸と、上記前側レンズ部と上記光学フィルタ間の光軸とが９０°の角度を形成して配設され、
   上記ハウジング内回路基板と上記光パッケージとを電気的に接続する第１の弾性部材であるフレキ基板により上記光学ブロックがフローティング保持される光通信モジュールにおいて、
   上記光学ブロックはさらに上記フレキ基板とは別となる第２の弾性部材によりフローティング保持されることを特徴とする光通信モジュール。
2. 上記ハウジング内回路基板は上記ハウジング内の底部に位置し、
   上記ハウジングの底面に臨む面に上記電気コネクタが実装され、
   上記光学ブロックは上記前側レンズ部の近傍に上記ハウジングの外へ所定の形状で突き出したピン部を有し、
   上記後側レンズ部の近傍に上記ピン部と嵌合可能なホール部を有し、
   上記第２の弾性部材は少なくとも上記光学ブロックの上面と上記ハウジングの間に配設されていることを特徴とする請求項１記載の光通信モジュール。
3. 上記ハウジング内回路基板は、上記ハウジング内の底部に位置し、
   上記ハウジングの底面に臨む面に上記電気コネクタが実装され、
   上記第２の弾性部材は上記光学ブロックの上面と上記ハウジングの間、および上記光学ブロックの下面と上記ハウジングの間に配設されていることを特徴とする請求項１記載の光通信モジュール。
4. 上記第２の弾性部材が、樹脂、プラスチック、ゴム、シリコン、ウレタンのいずれか１つ以上からなることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の光通信モジュール。

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