JP2013037156A - 光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光通信モジュールの低コスト化、高効率化及び低背化を図る。
【解決手段】光通信モジュールは、光送信部１０、光受信部２０及び光伝送路を備えている。光伝送路は、マルチコア光ファイバ３１と、同ファイバ３１の総コア径より小さいコア径を有した単一コア光ファイバ３２とを有し、マルチコア光ファイバ３１と単一コア光ファイバ３２とは径変換コネクタ３３により相互接続されている。また、マルチコア光ファイバ３１の他端側から出された各素線３１１が偏平にされ、この状態で光送信部１０のガイド溝１１１に収容されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話機等に利用される光通信モジュールに関する。

最近、インターネットを利用した動画配信の普及に伴って携帯電話機等の電子機器においても高速で大容量の信号伝送が要求され、その関係で光インターコネクションの技術が注目されている。

光インターコネクションは、電気信号を光信号に変換し、光ファイバを用いて、高速かつ大容量の信号伝送を可能とする技術であって、電磁干渉（ノイズの発生）等の問題を解決することも可能となる。このような光インターコネクションに用いられる光通信モジュールにおいては、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振器面発光レーザ）又はＰＤ（Photo Diode ）等の光学素子とその制御のためのＩＣチップが収容され、光信号伝送のための光ファイバが光学素子に対して位置合わせされながら接続される（例えば、特許文献１等）。

特開２００８−９３３３号公報

しかしながら、上記従来例による場合、光通信モジュールの小型軽量化に伴う低背化の要請により小コア径の光ファイバを用いたときには、光ファイバと光学素子との位置合わせが困難となり、これに伴ってコスト高となる。しかも光ファイバの送信側の結合ロスが大きくなるという問題もある。だからと言って、大コア径の光ファイバを用いると、低背化が困難となるだけでなく、光ファイバの受信側の結合ロスが大きくなる。要するに、光通信モジュールの低コスト化、高効率化及び低背化を図ることは非常に困難というのが現状であった。

本発明は上記背景に鑑みて創作されたものであり、その目的とするところは、低コスト化、高効率化及び低背化を容易に図ることが可能になる光通信モジュールを提供することにある。

本発明に係る光通信モジュールは、光信号を送信する光送信部と、当該光信号を受信する光受信部と、当該光信号の光伝送路とを備え、前記光伝送路は、マルチコア光ファイバと、当該マルチコア光ファイバの総コア径より小さいコア径を有した単一コア光ファイバとを有し、前記マルチコア光ファイバの一端と前記単一コア光ファイバの一端とが径変換して相互接続され、当該マルチコア光ファイバの他端が前記光送信部の出力側に結合される一方、単一コア光ファイバの他端が前記光受信部の入力側に結合されている。

上記発明による場合、光伝送路の送信側が大口径である一方、光伝送路の受信側が小口径である構成となっているので、光伝送路の寸法精度や光送信部の実装精度等の影響をおよそ受けることなく結合ロスを小さくすることができる。よって、高効率化及び低コスト化を図ることが可能になる。

マルチコア光ファイバの一端と単一コア光ファイバの一端とを径変換コネクタにより相互接続する場合、径変換コネクタについては、マルチコア光ファイバの一端から出射した光の光束径を縮小させて前記単一コア光ファイバの一端に入射させるための集光レンズが内蔵された構成のものを使用することが好ましい。

上記発明による場合、マルチコア光ファイバから出射した光が集光レンズにより収束されて単一コア光ファイバに入射する構成とっているので、光送信部の実装精度等を原因として光信号がマルチコア光ファイバ内の複数の素線のうち中心から大きく外れた部分を伝搬したとしても光受信部の受光可能エリアから外れることはないので、光送信部とマルチコア光ファイバとの位置合わせ作業が容易になり、この点で一層の低コスト化を図ることが可能になる。

上記径変換コネクタについては、プラグ・ソケット構造の偏平なインラインコネクタを用いることが好ましい。

上記発明による場合、径変換コネクタがプラグ・ソケット構造であることから組み立てが容易であり、偏平な形状を有していることから低背化を図ることが可能になる。

より好ましくは、前記マルチコア光ファイバの他端側から出された各素線が偏平にされ、この状態で収容される構成とすると良い。

上記発明による場合、マルチコア光ファイバ内の各素線が偏平にされた分だけ低背化を図ることが可能になる。

マルチコア光ファイバの各素線が偏平にされ、この状態で収容される場合の具体例としては、光送信部のケースの外面には、マルチコア光ファイバの他端側から出された各素線を偏平にした状態で入れるための断面矩形状のガイド溝が前記光送信部の光出力部位に向けて形成された構成にすると良い。

上記発明による場合、光送信部のケースの外面にマルチコア光ファイバの他端側から出した各素線を入れるガイド溝が形成された構成になっているので、光送信部の出力部位に対するマルチコア光ファイバの位置合わせを含めて組み立て作業が簡単になり、この点で低コスト化を図ることが可能になる。

本発明の実施の形態を説明するための図であって、通信モジュールの概略的斜視図である。 同光通信モジュールの縦断面図である。 図２中Ａ−Ａ断面図である。 同光通信モジュールを携帯電話機に使用した例を示す図であって、（Ａ）は光通信モジュールが内部に実装された様子を併せて示す携帯電話機の正面図、（Ｂ）は同携帯電話機の一部省略内部構成図である。 同光通信モジュールの変形例を説明するための図であって、通信モジュールの概略的斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図１乃至図４を参照して説明する。ここに例として挙げる光通信モジュール１は、図４に示された折りたたみ式の携帯電話機１００に使用されている。携帯電話機１００は、マイクロコンピュータその他の電子回路（図示省略）等が実装された電話機本体１１０と、液晶パネル等が実装された表示器１２０と、電話機本体１１０と表示器１２０とを開閉自在に連結するヒンジ１３０とを備え、携帯電話機１００には、電話機本体１１０のマイクロコンピュータ等と表示器１２０の液晶パネル等との間をデータ通信するための部品として光通信モジュール１が備えられている。

光通信モジュール１は、図１に示されているように光信号を送信するための半導体レーザーや発光ダイオード等の発光素子１３等を有した半導体チップである光送信部１０と、当該光信号を受信するための受光素子２３を有した半導体チップである光受信部２０と、当該光信号を伝送する光伝送路３０とを備えている。

なお、光送信部１０については、電話機本体１１０内の基板（図示省略）上に上記電子回路等とともに実装されている。光受信部２０についても同様であって、表示器１２０内の基板（図示省略）上に上記液晶パネル等とともに実装されている。光伝送路３０については、電話機本体１１０からヒンジ１３０を経て表示器１２０に導かれている（図４（Ｂ）参照）。

光伝送路３０は、図１及び図２に示されているように、送信側のマルチコア光ファイバ３１と、受信側の単一コア光ファイバ３２とを有し、マルチコア光ファイバ３１の一端（図２中左側）と単一コア光ファイバ３２の一端（図２中右側）とは径変換コネクタ３３により相互接続されている。マルチコア光ファイバ３１の他端（図２中右側）は光送信部１０の発光素子１３の光出力部１３ｌに結合されている一方、単一コア光ファイバ３２の他端（図２中左側）は光受信部２０の受光素子２３の光入力部２３１に結合されている。

マルチコア光ファイバ３１は、複数の素線（コア）３１１が二次元的に配列された構造を有した光ファイバである。複数の素線３１１の直径を合計した総コア径ｄ１については、発光素子１３の光出力部１３ｌの発光面積Ａ１に比べて大きく設定されている。マルチコア光ファイバ３１の他端側は被覆を破って複数の素線３１１が取り出されている。その端面は発光素子１３の光出力部１３ｌを覆うように対向配置されている。

単一コア光ファイバ３２は、マルチコア光ファイバ３１の複合コア径ｄ１に比べて小さいコア径ｄ２のコア３２１を有した光ファイバである。コア径ｄ２については、受光素子２３の光入力部２３ｌの受光面積Ａ２と略同一に設定されている。単一コア光ファイバ３２の他端側の端面は受光素子２３の光入力部２３ｌに突き合わされるように対向配置されている。

径変換コネクタ３３については、プラグ・ソケット構造を有した円筒状のインラインコネクタであって、マルチコア光ファイバ３１の一端側に接続されたソケット３３１と、単一コア光ファイバ３２の一端側に接続されたプラグ３３２とを有し、内部にはマルチコア光ファイバ３１及び単一コア光ファイバ３２の光軸上に集光レンズ３３３、３３４が設けられている。

ソケット３３１の一端面（図２中左側端面）には、プラグ３３２が挿入可能な穴３３１ ２が形成される一方、ソケット３３１の他端面（図２中右側端面）にはマルチコア光ファイバ３１の一端側を挿入保持するための穴３３１１が形成されている。穴３３１２の底面中央部には集光レンズ３３３が取り付けられており、穴３３１１と連通している。穴３３１２の内周面にはプラグ３３２を着脱自在にするための環状の凸部３３１３が形成されている。

プラグ３３２の一端面（図２中左側端面）には、単一コア光ファイバ３２の一端側を挿入保持するための穴３３２１が形成される一方、プラグ３３２の他端（図２中右側端面）には、集光レンズ３３４を取り付けるための穴３３２２が形成されている。穴３３２１の底面中央部は穴３３２２に連通している。プラグ３３２の外周面には、凸部３３１３に係合可能な環状の凹部３３２３が形成されている。

このようにプラグ３３２をソケット３３１の穴３３１２に挿入すると、凸部３３１３が凹部３３２３に係合され、プラグ３３２がソケット３３１に接続される この状態では集光レンズ３３３と集光レンズ３３４とが相対向し、これにより、マルチコア光ファイバ３１の一端から出射した光の光束径が縮小して単一コア光ファイバ３２の一端に入射され、径変換が行なわれる。このような径変換が行なわれる結果、発光素子１３の実装上のバラツキ等を原因として光がマルチコア光ファイバ３１内の各素線３１１のうち中心から大きく離れた部分を伝搬したとしても受光素子２３の受光可能エリアから外れるということがなくなる。

光送信部１０については、発光素子１３と、発光素子１３を入力信号に応じて駆動する等の機能を有した送信回路１４と発光素子１３、入力端子や電源端子が含まれたリード端子１２と、樹脂モールド等のケース１１とを備えている。

ケース１１の表面上には、マルチコア光ファイバ３１の他端側部分を沿わしめて位置決め保持するための断面矩形状のガイド溝１１１が形成されている。ガイド溝１１１の奥側には発光素子１３が配置されており、発光素子１３の光出力部１３１が露出している（図２参照）。即ち、ガイド溝１１１については、発光素子１３の光出力部１３１（光出力部位）に向けて直線状に形成されている。

マルチコア光ファイバ３１の他端側から出された各素線３１１については、図３に示すように偏平にされており、この状態でガイド溝１１１に収容され、接着剤等を用いて固定されている。

光受信部２０については、受光素子２３と、受光素子２３の出力信号を所定変換する等の機能を有した受信回路２４と、出力端子や電源端子が含まれたリード端子２２と、樹脂モールド等のケース２１とを備えている。

ケース２１の表面上には、単一コア光ファイバ３２の他端側部分を沿わしめて位置決め保持するための断面Ｖ状のガイド溝２１１が形成されている。ガイド溝２１１の奥側には受光素子２３が配置されており、受光素子２３の光入力部２３１が露出している。即ち、ガイド溝２１１については、受光素子２３３の入力部２３１に向けて直線状に形成されている。

単一コア光ファイバ３２の他端側については、マルチコア光ファイバ３１と同様にガイド溝２１１に収容され、接着剤等を用いて固定されている。

上記のように構成された光通信モジュール１による場合、光伝送路３０の送信側が発光素子１３の光出力部１３１に比べて大口径であることから、発光素子１３から出力された光信号の大部分が光伝送路３０に入力される。これはマルチコア光ファイバ３１のファイバ真円度、ファイバ寸法精度及び発光素子１３の実装精度等により大きな影響を受けることがない。一方、光伝送路３０の受信側がその送信側に比べて小口径であることから、光伝送路３０から出力された光信号の大部分が受光素子２３に入力される。よって、光伝送路３０の送信側及び受信側の結合ロスが小さく、その結果、高効率化を図ることができる。

また、ガイド溝１１１により発光素子３１の出力部位に対するマルチコア光ファイバ３１の位置合わせが容易になったことを含めて、組み立て作業が簡単になり、これらの点で低コスト化を図ることも可能になった。

しかもマルチコア光ファイバ３１内の各素線３１１を偏平にした状態で光送信部１０のケース１１のガイド溝１１１に固定したことから、光送信部１０の厚みｈ（図３参照）が偏平にした分だけ小さくなり（図３中示す破線は、マルチコア光ファイバ３１と同一コア径の光ファイバを用いた場合の光送信部１０の厚みを仮想的に示している。）、光送信部１０、ひいては電話機本体１１０(携帯電話機１００）の低背化を図ることが可能になった。

次に光通信モジュール１の変形例を図５を参照して説明する。但し、上記実施形態と共通する構成部分については同一の部品番号を付してその説明を省略するものとする。

図５に係る光通信モジュール７７ａ’においては、光伝送路の形態が光通信モジュール１と異なる。光伝送路３０’は、送信側のマルチコア光ファイバ３１と、受信側の単一コア光ファイバ３２と、中間ケーブルの単一コア光ファイバである光ファイバ３４とを有し、マルチコア光ファイバ３１と光ファイバ３４との間が径変換コネクタ３３により相互接続される一方、光ファイバ３４と単一コア光ファイバ３２との間が光コネクタ３５により相互接続されている。特にマルチコア光ファイバ３１及び単一コア光ファイバ３２の長さが光ファイバ３４に比べて短くなっている。

この変形例による場合、光送信部１０を作成する段階で、径変換コネクタ３３のソケット３３１が端部に取り付けられたマルチコア光ファイバ３１との接続を同時に行う。また、光受信部２０を作成する段階で、光コネクタ３５のプラグ／ソケットが端部に取り付けられた単一コア光ファイバ３２との接続を同時に行う。そして、光通信モジュールの組み立ての段階で、一端部に径変換コネクタ３３のプラグ３３２、他端部に光コネクタ３５のソケット／プラグが取り付けられた光ファイバ３４を用いて、マルチコア光ファイバ３１と単一コア光ファイバ３２との相互接続を同時に行う。よって、光通信モジュールを効率良く組み立てることが可能となり、この点で低コスト化を図ることが可能になる。

径変換コネクタ３３の他の変形例として、コネクタの上下面をＤカットすることによりプラグ・ソケット構造の偏平なインラインコネクタにすると良い。このような径変換コネクタを用いると、光通信モジュールの低背化を図ることが可能になる。また、コネクタ自体を回動可能な構造とすることにより、例えば、図４に示す携帯電話機１００のヒンジ１３０内に組み込む形態にしてもかまわない。

なお、本発明に係る光通信モジュールは、携帯電話機だけの適用に限定されず、パソコン、音楽録音再生機等の電子機器にも同様に適用可能である。また、光送信部／光受信部については、発光素子／受光素子を含んだ半導体チップではなく発光素子／受光素子それ自体でもかまわない。光伝送路については、双方向通信の形態であっても良い。光送信部／光受信部との結合の形態やマルチコア光ファイバ及び単一コア光ファイバの本数等も適宜設計変更すれば良い。

１ 光通信モジュール
１０ 光送信部
１１ ケース
１１１ ガイド溝
１３ 発光素子
２０ 光受信部
２３ 受光素子
３０ 光伝送路
３１ マルチコア光ファイバ
３２ 単一コア光ファイバ
３３ 径変換コネクタ
３３１ ソケット
３３２ プラグ
３３３、３３４ 集光レンズ

Claims (5)

1. 光信号を送信する光送信部と、当該光信号を受信する光受信部と、当該光信号の光伝送路とを備え、前記光伝送路は、マルチコア光ファイバと、当該マルチコア光ファイバの総コア径より小さいコア径を有した単一コア光ファイバとを有し、前記マルチコア光ファイバの一端と前記単一コア光ファイバの一端とが相互接続され、当該マルチコア光ファイバの他端が前記光送信部の出力側に結合される一方、単一コア光ファイバの他端が前記光受信部の入力側に結合されていることを特徴とする光通信モジュール。
2. 請求項１記載の光通信モジュールにおいて、前記マルチコア光ファイバの一端と前記単一コア光ファイバの一端とが径変換コネクタにより接続され、当該径変換コネクタは、前記マルチコア光ファイバの一端から出射した光の光束径を縮小させて前記単一コア光ファイバの一端に入射させるための集光レンズが内蔵されていることを特徴とする光通信モジュール。
3. 請求項２記載の光通信モジュールにおいて、前記径変換コネクタは、プラグ・ソケット構造の偏平なインラインコネクタであることを特徴とする光通信モジュール。
4. 請求項１記載の光通信モジュールにおいて、前記マルチコア光ファイバの他端側から出された各素線が偏平にされていることを特徴とする光通信モジュール。
5. 請求項４記載の光通信モジュールにおいて、前記光送信部のケースの外面には、前記マルチコア光ファイバの他端側から出された各素線を偏平にした状態で入れるための断面矩形状のガイド溝が前記光送信部の光出力部位に向けて形成されていることを特徴とする光通信モジュール。

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