JP2020178121A - 光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光通信モジュールを提供する。【解決手段】光通信モジュールに係り、該光通信モジュールは、電気的入力から光学的出力を提供する光素子１０と、光素子１０に対して電気的入力を提供するためのものであり、光素子１０が装着される回路基板２０と、回路基板２０の一側に装着された温度補償要素５０と、温度補償要素５０と連結され、周辺温度により、オン／オフ転換されながら、温度補償要素５０に対する電源供給または電源遮断のための機械式スイッチ５１と、を含み、これにより、周辺温度により、低温や高温環境において、適正の変調性能及び適正の光パワーが維持されるように、光素子に対する加熱及び冷却を提供する温度補償要素を導入し、広い温度範囲において、適正の性能が維持される光通信モジュールである。【選択図】図１

Description

本発明は、光通信モジュールに係わる。

光通信モジュールは、ＤＶＩ（digital visual interface）形式またはＨＤＭＩ（high definition multimedia interface）形式の信号を伝送するためにも使用され、多数の通信チャネルを提供するように、多数の光素子と多数の光ファイバとが光学的に整列された形態を有することができる。

そのような光通信モジュールは、電気的な入力から光学的な出力を提供するための光素子を含み、温度に依存する光素子の出力特性上、周辺温度により、低温環境や高温環境において、電気的な入力に比例する光学的な出力が出なかったり、十分な光パワーが得られなかったりする問題がある。

本発明の一実施形態は、周辺温度により、低温環境や高温環境において、適正変調性能及び適正光パワーが維持されるように、光素子に対する加熱及び冷却を提供する温度補償要素を導入し、広い温度範囲において、適正性能が維持される光通信モジュールを提供するものである。

前述のような課題、及びそれ以外の課題を解決するために、本発明の光通信モジュールは、
電気的入力から光学的出力を提供する光素子と、
前記光素子に対して電気的入力を提供するためのものであり、光素子が装着される回路基板と、
前記回路基板の一側に装着された温度補償要素と、
前記温度補償要素と連結され、周辺温度により、オン／オフ転換されながら、温度補償要素に対する電源供給または電源遮断のための機械式スイッチと、を含む。

例えば、前記機械式スイッチは、オン／オフ転換のための駆動電源を供給されない。

例えば、前記機械式スイッチは、互いに異なる熱膨脹係数を有する異種金属板の接合を具備するバイメタルを含んでもよい。

例えば、前記光素子と温度補償要素は、前記回路基板の互いに反対になる面にも装着される。

例えば、前記光素子と温度補償要素は、少なくとも一部で互いに重畳されるようにも配置される。

例えば、前記温度補償要素は、
前記光素子の加熱のための発熱体と、前記光素子の冷却のための吸熱体とのうち少なくともいずれか一つを含んでもよい。

例えば、前記温度補償要素は、
低温での発熱のための発熱体と、
高温での吸熱のための吸熱体とを含んでもよく、
前記機械式スイッチは、
前記発熱体と連結され、周辺温度により、オン／オフ転換されながら、発熱体に対する電源供給または電源遮断のための加熱スイッチと、
前記吸熱体と連結され、周辺温度により、オン／オフ転換されながら、吸熱体に対する電源供給または電源遮断のための冷却スイッチと、を含んでもよい。

例えば、前記温度補償要素は、加熱のための発熱体を含み、
前記光素子が適正稼動のための温度範囲として、第１温度と第２温度との間において、ΔＴ１の温度範囲を有するとするとき、
前記機械式スイッチは、前記第１温度以下においてオン転換され、
前記温度補償要素は、光素子の温度を、周辺温度対比で、ΔＴ２の温度差ほど上昇させるが、前記ΔＴ２は、ΔＴ１よりも小さい。

例えば、前記光素子が適正稼動のための温度範囲として、０℃ないし６０℃の温度範囲を有するとき、
前記機械式スイッチは、０℃以下においてオン転換され、
前記温度補償要素は、光素子の温度を、周辺温度対比で、５０℃の温度差ほど上昇させることができる。

例えば、前記ΔＴ１は、６０℃であり、前記ΔＴ２は、５０℃でもある。

例えば、前記温度補償要素は、冷却のための吸熱体を含み、
前記光素子が適正稼動のための温度範囲として、第１温度と第２温度との間において、ΔＴ１の温度範囲を有するとするとき、
前記機械式スイッチは、前記第２温度以上においてオン転換され、
前記温度補償要素は、光素子の温度を、周辺温度対比で、ΔＴ２の温度差ほど下降させるが、前記ΔＴ２は、ΔＴ１よりも小さい。

例えば、前記光素子が適正稼動のための温度範囲として、０℃ないし６０℃の温度範囲を有するとき、
前記機械式スイッチは、前記６０℃以上においてオン転換され、
前記温度補償要素は、光素子の温度を、周辺温度対比で、５０℃の温度差ほど下降させることができる。

例えば、前記ΔＴ１は、６０℃であり、前記ΔＴ２は、５０℃でもある。

例えば、前記温度補償要素は、
前記光素子と対向する第１面と、第１面と反対になる第２面とを含み、前述の第１面、第２面のうち一面は、相対的に温度が高い発熱面として作用し、前述の第１面、第２面のうち他の面は、相対的に温度が低い吸熱面として作用する熱電素子を含んでもよく、
前記機械式スイッチは、
前記熱電素子と連結され、オン／オフ転換されながら、前記熱電素子の第１面が発熱面として作用するように電源を供給したり電源を遮断したりする加熱スイッチと、
前記熱電素子と連結され、オン／オフ転換されながら、前記熱電素子の第１面が吸熱面として作用するように電源を供給したり電源を遮断したりする冷却スイッチと、を含んでもよい。

例えば、前記加熱スイッチと冷却スイッチは、前記熱電素子に対して互いに反対方向に流れる駆動電流を供給することができる。

例えば、前記モジュールケース内には、前記光素子と共に、回路基板と、温度補償要素と、機械式スイッチとが共に収容されもする。

例えば、前記光素子と機械式スイッチとの間には、前記モジュールケース内に収容された静止した空気層が介在されもする。

例えば、前記光素子と機械式スイッチとの間には、前記光素子を取り囲む樹脂射出物が介在されもする。

本発明によれば、周辺の低温環境や周辺の高温環境に対応し、光素子に対する加熱及び冷却を提供する温度補償要素を導入することにより、拡張された広い温度範囲において、電気的な信号から光学的な信号に変換するためのモジュレーションにおいて、適正な変調性能を維持することができ、光素子の光パワーも適正レベルに維持することができる。

本発明の一実施形態に係わる光通信モジュールが図示されている図面である。 温度補償要素が作動しない状態において、光素子としてのＶＣＳＥＬ（vertical cavity surface emitting laser）において、光素子の互いに異なる温度ごとに、注入電流に対する光パワーの変化を示すグラフである。 温度補償要素が作動する状態において、周辺温度による光素子の温度の変化を示すプロファイルが図示されているグラフである。 本発明と対比される比較例による互いに異なる光通信モジュールが図示されている図面である。 本発明と対比される比較例による互いに異なる光通信モジュールが図示されている図面である。 本発明と対比される比較例による互いに異なる光通信モジュールが図示されている図面である。 温度補償要素と機械式スイッチとの連結を含む本発明の互いに異なる実施形態による光通信モジュールを概略的に示す図面である。 温度補償要素と機械式スイッチとの連結を含む本発明の互いに異なる実施形態による光通信モジュールを概略的に示す図面である。

以下、添付された図面を参照し、本発明の望ましい実施形態による光通信モジュールについて説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係わる光通信モジュールが図示されている。図面を参照すれば、前記光通信モジュールは、電気的な駆動信号を入力にし、光信号を出力するための光素子１０と、前記光素子１０が装着され、光素子１０に対して駆動信号を印加するための回路基板２０と、を含み、前記光素子１０から出力される光信号が入力される端部を具備する光ファイバ３０を含んでもよい。本発明において、前記光素子１０が装着された回路基板２０上には、温度補償要素５０が配置されてもよい。例えば、前記光素子１０と温度補償要素５０は、回路基板２０の互いに反対になる面にも装着されるし、例えば、前記光素子１０と温度補償要素５０との間の熱的流れを促進するように、前記光素子１０と温度補償要素５０は、回路基板２０を間に介在させ、互いに重なる位置にも装着される。

前記光通信モジュールは、外部環境から内部構成を保護し、内部を密閉するためのモジュールハウジング６０を含んでもよい。また、前記光通信モジュールは、光素子１０の光信号が出力されるオープニングと、光ファイバ３０の端部を光学的に整列させるための反射鏡１１と、を含んでもよい。

図２には、温度補償要素５０が作動しない状態において、光素子１０としてのＶＣＳＥＬ（vertical cavity surface emitting laser）において、光素子１０の互いに異なる温度ごとに、注入電流に対する光パワーの変化を示すグラフが図示されている。該グラフにおいて、モジュレーション（modulation）区間Ｍは、電気的な入力信号（注入電流に該当する）を光学的な出力信号（光パワーに該当する）に変換するために、注入電流のハイ／ローレベルにより、光パワーがハイ／ローレベルに変換される変調がなされる区間を意味する。そのようなモジュレーション区間Ｍは、少なくとも閾値電流Ｉｔｈを外れた区間に設定されることが望ましい。ここで、閾値電流Ｉｔｈより低い注入電流においては、実質的に注入電流による光パワーの変化がなく（光パワーが実質的にゼロに近接する）、それにより、注入電流と光パワーとの変調のためのモジュレーション区間Ｍは、少なくとも閾値電流Ｉｔｈを外れることが望ましい。

該グラフを参照すれば、０℃以上においては、モジュレーション区間Ｍが、閾値電流Ｉｔｈを外れるので、光素子１０の温度は、少なくとも０℃以上に維持されることが望ましい。０℃より低い低温において、閾値電流Ｉｔｈは、モジュレーション区間Ｍ内に入り込み、例えば、−１０℃の温度において、閾値電流Ｉｔｈは、およそ２．５（ｍＡ）レベルに、モジュレーション区間Ｍ内に入り込むので、光素子１０の温度は、０℃以上に維持されることが望ましい。

また、光素子１０の温度が６０℃を超える高温においては、光パワーが低下することになるので、電気的な入力（注入電流に該当する）のロー／ハイレベルにより、光学的な出力（光パワーに該当する）がロー／ハイレベルに変換されるモジュレーションにおいて、ロー／ハイレベル間の光パワーの差が十分ではなく、ノイズ成分と信号成分との区別が明確でもなくなり、受信端側において、ノイズ成分を除去して信号成分を抽出することが容易ではなくなる。結論として、光素子１０の適正な駆動を保証することができる光素子１０の温度範囲は、０℃以上６０℃以下にも設定される。

本発明においては、周辺温度により、作動が開始される温度補償要素５０を導入し、光素子１０の適正な駆動を保証することができる温度範囲の下限値（例：０℃）と上限値（例：６０℃）とに該当する温度を、温度補償要素５０の作動開始のための低温臨界温度及び高温臨界温度と設定することにより、いかなる温度においても、光素子１０のモジュレーションを介して、電気的な入力（注入電流に該当する）から要求される光学的な出力（光パワーに該当する）を得ることができる。

さらに具体的には、前記温度補償要素５０は、０℃を低温臨界温度に設定することにより、周辺温度が０℃以下であるとき、温度補償要素５０のオン転換により、光素子１０は、適正温度範囲（例：０℃以上）にも加熱される。後述するように、前記温度補償要素５０の作動により、前記光素子１０の温度は、周辺温度対比で、５０℃の温度差で上昇することができる。それにより、周辺温度が０℃以下に下降しても、温度補償要素５０のオン転換により、光素子１０は、５０℃以下の温度に上昇することができる。

また、前記温度補償要素５０は、６０℃を高温臨界温度に設定することにより、周辺温度が６０℃以上であるとき、温度補償要素５０のオン転換により、光素子１０は、適正温度範囲（例：６０℃以下）に冷却することができる。後述するように、前記温度補償要素５０の作動により、前記光素子１０の温度は、周辺温度対比で、５０℃の温度差で下降することができる。それにより、周辺温度が６０℃以上に上昇しても、温度補償要素５０のオン転換により、光素子１０は、１０℃以上の温度に下降することができる。温度補償要素５０の作動により、光素子１０の温度が周辺温度対比で、一定温度差ほど上昇したり下降したりする構成については、追ってさらに具体的に説明する。

図３には、温度補償要素５０が作動する状態において、周辺温度による光素子１０の温度の変化を示すプロファイルが図示されている。ここで、周辺温度とは、後述するように、周辺温度により、温度補償要素５０に対して、電源供給または電源遮断を行うようにオン／オフ駆動される機械式スイッチ５１が配置される個所の温度を意味し、光素子１０の温度とは異なる温度を意味する。前記光素子１０の温度と、周辺温度との差異について、温度補償要素５０の作動により、加熱または冷却することによって変化される光素子１０の温度と異なり、前記周辺温度は、温度補償要素５０の作動状態と係わりなく維持される外部温度を意味する。例えば、前記外部温度は、光通信モジュールを取り囲む外部環境の温度を意味する。

前記光素子１０の温度は、温度補償要素５０の作動により、直接影響を受け、光素子１０のモジュレーションや光パワーに直接影響を与える温度を意味する。前記温度補償要素５０は、回路基板２０を挟み、光素子１０と接触することにより、温度補償要素５０の加熱及び冷却は、光素子１０の温度に直接影響を与えてしまう。例えば、前記光素子１０は、回路基板２０を介して、温度補償要素５０と接触するので、熱伝導方式の熱伝達を介して、光素子１０と温度補償要素５０は、迅速に互いに熱的均衡をなすことができる。

図３を参照すれば、周辺温度が０℃より高ければ、温度補償要素５０は、作動せず、周辺温度が０℃以下においては、温度補償要素５０が作動しながら、光素子１０の温度は、周辺温度対比で、一定温度差、例えば、５０℃ほど高い温度に上昇することができる。例えば、温度補償要素５０の加熱により、周辺温度が０℃である場合、光素子１０の温度は、５０℃に上昇することができる。

また、周辺温度が６０℃より低ければ、温度補償要素５０は、作動せず、周辺温度が６０℃以上において温度補償要素５０が作動しながら、光素子１０の温度は、周辺温度対比で、一定温度差、例えば、５０℃ほど低い温度に下降することができる。例えば、温度補償要素５０の冷却により、周辺温度が６０℃である場合、光素子１０の温度は、１０℃に下降することができる。

もし温度補償要素５０が作動しない状態であるならば、光素子１０が適正にも駆動される周辺温度の範囲は、０℃以上６０℃以下の狭い温度範囲にも制限されるが、温度補償要素５０の作動により、光素子１０が適正にも駆動される周辺温度の範囲は、−５０℃以上１１０℃以下の広い温度範囲にも拡張される。すなわち、温度補償要素５０を導入することにより、拡張された広い温度範囲において、電気的な信号（注入電流に該当する）を光学的な信号（光パワーに該当する）に変換するためのモジュレーションにおいて、適正な変調性能を維持することができ、光パワーも、適正レベルに維持することができる。

前記温度補償要素５０は、光素子１０に対する加熱または冷却を介して、周辺の低温環境や、周辺の高温環境にもかかわらず、光素子１０の温度を適正範囲に維持することができる。すなわち、前記温度補償要素５０は、光素子１０の加熱のための発熱体、または光素子１０の冷却のための吸熱体を含んでもよい。本発明の温度補償要素５０は、発熱体及び吸熱体のうち少なくともいずれか一つを含んでもよく、本発明の多様な実施形態において、前記温度補償要素５０は、発熱体のみを含み、吸熱体は含まないか、あるいは吸熱体のみを含み、発熱体は含まず、本発明の温度補償要素５０は、発熱体と吸熱体とを共に含んでもよい。例えば、前記光通信モジュールが配置される周辺温度条件により、前記光通信モジュールに具備される温度補償要素５０は、発熱体及び吸熱体のうち、選択的にいずれか一つのみを含むか、あるいはそれらをいずれも含んでもよい。

図１を参照すれば、前記温度補償要素５０は、電気的な電源５２を入力にし、光素子１０に対する加熱または冷却を行う電熱素子を含んでもよい。このとき、前記温度補償要素５０は、周辺温度により、温度補償要素５０に対する電源供給または電源遮断のための機械式スイッチ５１と連結され、機械式スイッチ５１を介して、温度補償要素５０と電源５２とが互いに連結されもする。

前記温度補償要素５０は、周辺温度を感知する機械式スイッチ５１により、作動が開始され、いったん作動が開始された温度補償要素５０は、具体的な周辺温度に係わりなく、一定熱量を加えたり（加熱）、一定熱量を除去することができる（冷却）。ここで、一定熱量とは、光素子１０の温度と、周辺温度との間で、一定温度差による引き起こされる熱損失ほどに該当する熱量を意味する。さらに具体的には、定常状態（steady state）において、光素子１０の温度と、周辺温度との間において、一定温度差、例えば、５０℃の温度差によって引き起こされる一定熱損失ほど、温度補償要素５０から熱供給がなされれば、光素子１０と周辺温度との一定温度差が維持され、光素子１０の温度は、周辺温度対比で、一定温度差で維持される。参考として、熱量とは、単位時間の間、２つの物体間で伝達される熱的流れであり、２つの物体間の熱量は、各物体の具体的な温度と係わりなく、２つの物体間の温度差によっても決定される。それにより、光素子１０の温度、と周辺温度との一定温度差による熱損失は、一定であり、一定熱損失ほど、温度補償要素５０を介して熱供給がなされるようにすることにより、定常状態において、光素子１０の温度と周辺温度は、一定温度差を維持することができる。

本発明において、温度補償要素５０は、周辺温度により、オン／オフ転換される機械式スイッチ５１により、作動が開始される。ここで、前記機械式スイッチ５１は、電気的スイッチのように、スイッチ自体のオン／オフ転換のための駆動電源を必要としない。例えば、本発明の機械式スイッチ５１と異なり、電気的スイッチとして、ＢＪＴ、ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴのようなスイッチは、スイッチ自体のオン／オフ転換のための駆動電源を必要とする。例えば、前記のような電気的スイッチは、正孔や電子のようなキャリアの移動チャネルを形成するための電界形成を必要とし、そのために、前記電気的スイッチは、スイッチ自体の駆動のための駆動電源を必要とする。

そのような電気的スイッチと異なり、本発明の機械式スイッチ５１は、スイッチ自体の駆動のための電源を必要としない。すなわち、本発明において、光素子１０を、加熱及び冷却する温度補償要素５０は、光素子１０の加熱及び冷却のための電源５２を必要とするが、温度補償要素５０の作動を開始する機械式スイッチ５１は、機械式スイッチ５１自体のオン／オフ転換のための別途の駆動電源を必要としない。例えば、本発明の機械式スイッチ５１は、温度感応型スイッチであり、周辺温度に反応し、周辺温度により、オン／オフ転換されるので、別途のオン／オフ転換のための電気的な電源が要求されない。

例えば、前記機械式スイッチ５１としては、互いに異なる熱膨脹係数を有する互いに異なる異種金属板の接合によるバイメタル（bi-metal）スイッチが適用されもする。そのようなバイメタルスイッチのオン／オフ転換は、周辺温度により、異種金属板の熱膨脹程度が互いに異なり、異種金属板がいずれの一片に反り変形されるために、バイメタルスイッチのオン／オフ転換のために、別途の電気的な電源が供給される必要がない。

例えば、前記バイメタルスイッチは、温度によって互いに異なる熱膨脹係数を有する異種金属板が、周辺温度により、相対的に大きい熱膨脹係数を有する金属板、または相対的に小さい熱膨脹係数を有する金属板側に反りながら、オン状態に転換され、電源を供給することができ、温度の変化により、互いに異なる熱膨脹係数を有する異種金属板が再び本来の形態に復元されながら、オフ状態に転換され、電源を遮断することができる。

本発明の一実施形態において、前記機械式スイッチ５１の作動が開始される低温臨界温度及び高温臨界温度は、それぞれ０℃及び６０℃にも設定される。すなわち、前記機械式スイッチ５１は、周辺温度が０℃以下であるか、または６０℃以上であるとき、オン状態に転換され、温度補償要素５０に電源を供給することにより、温度補償要素５０の作動を開始することができる。また、前記機械式スイッチ５１は、温度補償要素５０に対して電源を供給するオン状態において、周辺温度が低温環境や高温環境から外れ、適正温度範囲になれば、オフ状態に転換され、温度補償要素５０に対する電源を遮断することにより、温度補償要素５０の作動を終了させることができる。

前記機械式スイッチ５１は、光素子１０の温度ではない周辺温度を感知し、周辺温度に反応し、オン／オフ転換される。それについて、さらに具体的に説明すれば、以下の通りである。すなわち、周辺温度が低温臨界温度以下の低温環境において、前記機械式スイッチ５１は、オン転換され、温度補償要素５０の作動が開始されることにより、光素子１０の温度は、周辺温度対比で、一定温度差で上昇することができる。このとき、温度補償要素５０が作動しても、周辺温度は、変化しないために、温度補償要素５０の作動により、光素子１０の温度が上昇しても、機械式スイッチ５１は、オフ転換されず、オン状態を維持することになる。このとき、前記温度補償要素５０は、光素子１０に対して一定熱量を供給することができ、光素子１０に対して供給される熱量と、光素子１０から損失される熱量とが定常状態に至るまで温度上昇がなされ、光素子１０が周辺温度対比で、一定温度差で上昇するまで、温度上昇がなされる。光素子１０と周辺温度とが、互いに対して一定温度差を有するというのは、光素子１０から周辺に損失される熱量が一定であるということを意味する。前記温度補償要素５０は、光素子１０と周辺温度とが５０℃の温度差を有するときの熱量損失ほどを光素子１０に対して供給することにより、光素子１０と周辺温度との温度差を一定に維持することができる。このとき、光素子１０としては、周辺温度と５０℃の温度差に該当する熱量損失ほどを、温度補償要素５０から供給されることにより、熱量損失と熱量供給とが経時的に一定に維持されながら、一定温度を維持する定常状態に至ることができる。すなわち、本発明においては、光素子１０に対して一定熱量を供給することにより、光素子１０の温度が周辺温度対比で、一定温度差で上昇することができる。

参考として、熱量とは、単位時間の間、２つの物体間で伝達される熱的流れであり、２つの物体間の熱量は、各物体の具体的な温度と係わりなく、２つの物体間の温度差によっても決定される。それにより、光素子１０の温度と、周辺温度との一定温度差による熱損失は、一定であり、一定熱損失ほど、温度補償要素５０を介して熱供給がなされるようにすることにより、定常状態において、光素子１０の温度と周辺温度は、一定温度差を維持することができる。

そのように、周辺温度により、オン／オフ転換される機械式スイッチ５１は、温度補償要素５０の作動いかんや、光素子１０の温度により、オン／オフ転換されない。もし本発明と異なり、前記機械式スイッチ５１が、光素子１０の温度により、オン／オフ転換されるならば、そのような機械式スイッチ５１は、温度補償要素５０の作動や、光素子１０の温度に直接影響を受けることになるので、短時間の間にオン／オフが高速で反復され、光通信モジュールの耐久性や信頼性に悪影響を与えてしまう。さらに具体的には、光素子１０の温度により、機械式スイッチ５１がオン転換されれば、温度補償要素５０の作動が開始されながら、光素子１０の温度が適正化される瞬間、すぐに機械式スイッチ５１がオフ転換されていて、再び温度補償要素５０の作動中止により、光素子１０の温度が低温／高温臨界温度に接近しながら、すぐに機械式スイッチ５１が再びオン転換されるというように、機械式スイッチ５１のオン／オフ、及びそれによる温度補償要素５０の作動開始／作動中止が短時間の間に反復されてしまう。すなわち、機械式スイッチ５１のオン／オフにより、作動いかんが決定される温度補償要素５０の加熱または冷却により、再び機械式スイッチ５１のオン／オフ状態が決定される構造上、臨界温度と近接した環境において、例えば、低温臨界温度である０℃近辺であったり、高温臨界温度である６０℃近辺であったりするところでは、機械式スイッチ５１のオン／オフと、それによる温度補償要素５０の作動開始／作動中止とが反復的になされながら、全体光通信モジュールの耐久性や信頼性が落ちてしまう。

本発明においては、周辺温度に依存する機械式スイッチ５１を適用することにより、温度補償要素５０の作動にもかかわらず、オン／オフ状態に影響を受けず、温度補償要素５０により、光素子１０に供給される熱量と、光素子１０と周辺温度との温度差によって損失される熱量とが均衡をなす定常状態を誘導することにより、光素子１０の温度が、周辺温度対比で、一定温度差を維持することになる。

前述のように、前記周辺温度は、機械式スイッチ５１のオン／オフを決定する温度であり、光素子１０の温度とは異なり、周辺温度と、光素子１０の温度とが互いの影響を受けないように、前記機械式スイッチ５１は、光素子１０から離れた位置に配置され、熱的にも絶縁される。

例えば、前記モジュールハウジング６０は、実質的に、流動速度が０（zero）に近接する静止した状態の空気層を収容することができ、それにより、静止した空気層により、光素子１０と機械式スイッチ５１は、互いから断熱される。例えば、前記光素子１０は、回路基板２０を挟み、温度補償要素５０と接触することにより、熱伝導方式により、温度補償要素５０と迅速に熱平衡をなすことができ、それに反し、前記機械式スイッチ５１は、モジュールハウジング６０の内壁に装着され、回路基板２０から離隔され、静止した状態の空気層に取り囲まれることにより、温度補償要素５０によって影響を受けない。そのように、温度補償要素５０と迅速に熱平衡をなすことができる光素子１０と、温度補償要素５０によって影響を受けないように絶縁された機械式スイッチ５１とにより、光素子１０の温度と、機械式スイッチ５１の温度（周辺温度）は、互いに異なる。ここで、前記モジュールハウジング６０は、実質的に、流動速度が０に近接する静止した状態の空気層を収容することにより、光素子１０と機械式スイッチ５１との断熱環境を提供することができる。そのために、前記モジュールハウジング６０には、内外部を流体的に連結するインレット（inlet）やアウトレット（outlet）とが形成されず、モジュールハウジング６０内部は、外部から密閉される。

図１を参照すれば、前記光素子１０と機械式スイッチ５１との間には、樹脂射出物４０のような固相の絶縁体が介在され、例えば、光素子１０の周辺を覆う樹脂射出物４０により、光素子１０と機械式スイッチ５１は、互いからも断熱される。このとき、前記光素子１０と機械式スイッチ５１との間には、樹脂射出物４０と、静止した状態の空気層とが介在され、それら間を熱的に絶縁させることができる。ここで、光素子１０と機械式スイッチ５１との間に樹脂射出物４０が介在されるというのは、光素子１０の放熱経路上に、樹脂射出物４０が配置されるということを意味する。本発明の多様な実施形態において、前記機械式スイッチ５１は、モジュールハウジング６０の内壁において、樹脂射出物４０と対向する位置にも配置され、または、そうではないとしても、前記光素子１０は、光素子１０を取り囲む樹脂射出物４０を介して熱を放出することができる。

図１に図示された実施形態において、前記機械式スイッチ５１は、モジュールハウジング６０の内壁に装着されるが、回路基板２０を基準に、光素子１０と反対側のモジュールハウジング６０内壁に装着されている。本発明の技術的範囲は、それに限定されるものではなく、本発明の他の実施形態において、前記機械式スイッチ５１は、回路基板２０を基準に、光素子１０と同じ側にも配置される。そのような配置において、前記光素子１０と機械式スイッチ５１との間には、モジュールハウジング６０内に収容された静止した空気層と、光素子１０を取り囲む樹脂射出物４０とが介在され、それら光素子１０と機械式スイッチ５１とを互いから熱的に断熱させることができ、そのような構造において、光素子１０の温度、及び機械式スイッチ５１の温度、すなわち、周辺温度は、互いから影響を受けない。

前記機械式スイッチ５１は、モジュールハウジング６０の内壁にも装着されるが、モジュールハウジング６０を介在させて外部と接触し、熱伝導方式で熱交換しながら、外部温度と熱平衡をなすことができ、それにより、機械式スイッチ５１が配置された個所の周辺温度は、実質的に、モジュールハウジング６０の外部温度に該当する。このとき、本発明の他の実施形態において、前記機械式スイッチ５１は、モジュールハウジング６０の外部にも配置される。モジュールハウジング６０の外部に配置された機械式スイッチ５１は、外部温度により、温度補償要素５０の開始いかんを決定することができる。

本発明の一実施形態において、前記温度補償要素５０は、加熱のための発熱体として作動することができ、光素子１０が適正に稼動される光素子１０の温度が、０℃以上６０℃以下であるならば、前記機械式スイッチ５１は、０℃以下において、オン転換される。このとき、前記温度補償要素５０の作動が開始されることにより、光素子１０の温度は、周辺温度対比で、５０℃ほど上昇することができる。

もし温度補償要素５０の作動により、光素子１０の温度が周辺温度対比で、７０℃ほど上昇するならば、周辺温度が０℃であるとき、光素子１０の温度は、７０℃になり、適正稼動が困難になる（光素子１０の適正駆動のための温度範囲６０℃を超えてしまう）。すなわち、光素子１０が適正に稼動される光素子１０の温度が０℃以上６０℃以下であるならば、前記温度補償要素５０は、６０℃の温度範囲よりは狭い温度差、例えば、５０℃ほど、周辺温度対比で、光素子１０の温度を上昇させることができる。

言い替えすれば、前記光素子１０が適正稼動のための温度範囲として、第１温度（例：０℃）と第２温度（例：６０℃）との間で、ΔＴ１の温度範囲（例：６０℃の温度範囲）を有するとするとき、前記機械式スイッチ５１は、第１温度（例：０℃）以下において、オン転換され、前記温度補償要素５０は、光素子１０の温度を、周辺温度対比で、ΔＴ２（例：５０℃の温度差）ほど上昇させるが、前記ΔＴ２（例：５０℃の温度差）は、ΔＴ１（例：６０℃の温度範囲）よりも小さい。

本発明の一実施形態において、前記温度補償要素５０は、冷却のための吸熱体として作動することができ、光素子１０が適正に稼動される光素子１０の温度が、０℃以上６０℃以下であるならば、前記機械式スイッチ５１は、６０℃以上においてオン転換される。このとき、温度補償要素５０の作動が開始されることにより、光素子１０の温度は、周辺温度対比で、５０℃ほど下降する。

もし温度補償要素５０の作動により、光素子１０の温度が周辺温度対比で、７０℃ほど下降するならば、周辺温度が６０℃であるとき、光素子１０の温度は、−１０℃になり、適正稼動が困難になる（光素子１０の適正な駆動のための温度範囲０℃より低い）。すなわち、光素子１０が適正に稼動される光素子１０の温度が、０℃以上６０℃以下であるならば、前記温度補償要素５０は、６０℃の温度範囲よりは狭い温度差、例えば、５０℃ほど、周辺温度対比で、光素子１０の温度を下降させることができる。

言い替えすれば、前記光素子１０が適正稼動のための温度範囲として、第１温度（例：０℃）と第２温度（例：６０℃）との間で、ΔＴ１の温度範囲（例：６０℃の温度範囲）を有するとするとき、前記機械式スイッチ５１は、第２温度（例：６０℃）以上においてオン転換され、前記温度補償要素５０は、光素子１０の温度を、周辺温度対比で、ΔＴ２（例：５０℃の温度差）ほど下降させるが、前記ΔＴ２（例：５０℃の温度差）は、ΔＴ１（例：６０℃の温度範囲）よりも小さい。

図４ないし図６には、本発明と対比される比較例による互いに異なる光通信モジュールが図示されている。図４に図示された比較例においては、周辺温度により、光素子１０から出力される光パワーの変化に対応し、光パワー補償のためのフィードバック構成を含む。例えば、光素子１０の出力一部から光パワーを検出し、検出された光パワーにより、注入電流を制御する方式で、周辺温度と係わりなく、一定光パワーを維持するように、フィードバック構成を含んでもよい。それのために、前記光通信モジュールは、光素子１０の出力ほとんどは、透過させるが、光素子１０の出力一部を、検出素子７０（例：フォトダイオード）に向けて反射させるための部分反射板７１を含んでもよく、検出素子７０によって測定された光パワーをフィードバックし、光素子１０の注入電流を制御するための駆動ＩＣ８０を含んでもよい。

そのような比較例によれば、光素子１０からの光経路を変更するための部分反射板７１と、光パワーの検出のための検出素子７０とが追加され、全体光通信モジュールの構成が複雑化してしまう。特に、光素子１０からの光経路を変更するための部分反射板７１や、部分反射板７１を経由する光経路上において、光パワーを検出するための検出素子７０は、光素子１０と隣接した精密な位置に整列される必要があり、例えば、光素子１０の光経路上に整列される必要があるので、製造工程上、精密な位置整列が要求され、厳格な工程管理が要求される。

図５に図示されているように、多数の光素子１０が、アレイ状に配列された比較例においては、それぞれの光素子１０ごとに、部分反射板７１と検出素子７０とが必要になるので、光通信モジュールの構造が複雑化され、それと異なり、多数の光素子１０のうちいずれか１つの光素子１０についてのみ、部分反射板７１と検出素子７０とを適用する場合には、一列に配列された多数の光素子１０のうち、選択的にいずれか１つの光素子１０についてのみ、部分反射板７１と検出素子７０とを適用するための特殊な構造が要求される。

図６に図示された比較例においては、光素子１０の温度を適正な目標温度に維持するように、フィードバック構成を含む。そのような比較例においては、光素子１０の温度をリアルタイムで測定し、測定された温度と目標温度との温度差に該当する熱量を提供することにより、光素子１０の目標温度を維持することができる。しかし、そのような構成においては、光素子１０の温度を測定するための別途のサーミスタ９１のような温度測定手段が必要であり、測定された温度と目標温度との温度差に該当する信号を増幅／加工することにより、発熱素子９３に対して、適正の熱量を提供するための駆動信号を出力する駆動ＩＣ９２が要求されるので、全体光通信モジュールの構成が複雑化されてしまう。

本発明においては、周辺温度により、オン／オフ転換される機械式スイッチ５１により、温度補償要素５０の動作が開始され、前記温度補償要素５０は、動作開始／動作中止のいずれか１つの様態で駆動されながら、光素子１０に対して一定熱量を提供するので、リアルタイムで光素子１０の温度測定のためのサーミスタ９１のような温度測定手段や、光素子１０から測定された測定温度と目標温度との温度差に該当する信号を増幅／加工し、駆動信号に加工するための駆動ＩＣ９２が要求されない。

図７及び図８には、温度補償要素５０と機械式スイッチ５１との連結を含む本発明の互いに異なる実施形態による光通信モジュールを概略的に示す図面が図示されている。

図面を参照すれば、前記温度補償要素５０は、加熱のための発熱体５０ａと、冷却のための吸熱体５０ｂと、を含んでもよい。そして、それぞれの発熱体５０ａと吸熱体５０ｂは、互いに異なる加熱スイッチ５１ａ及び冷却スイッチ５１ｂとも連結され、それぞれ加熱スイッチ５１ａ及び冷却スイッチ５１ｂのオン／オフにより、電源を供給されたり、電源が遮断されたりする。それぞれの加熱スイッチ５１ａ及び冷却スイッチ５１ｂを介して、発熱体５０ａ及び吸熱体５０ｂと連結される電源５２は、発熱体５０ａに対する電源供給のための加熱電源５２ａ、及び吸熱体５０ｂに対する電源供給のための冷却電源５２ｂを含んでもよい。前記加熱スイッチ５１ａ及び冷却スイッチ５１ｂは、いずれもスイッチ５１ａ，５１ｂ自体のオン／オフ転換のための駆動電源が必要ではない機械式スイッチ５１に該当し、さらに具体的には、バイメタルを含んでもよい。

例えば、前記加熱スイッチ５１ａは、周辺温度が０℃に逹すれば、オン状態にも転換される。前記冷却スイッチ５１ｂは、周辺温度が６０℃に逹すれば、オン状態にも転換される。前記発熱体５０ａ及び吸熱体５０ｂは、それぞれの加熱スイッチ５１ａのオン転換、または冷却スイッチ５１ｂのオン転換により、光素子１０に対して一定熱量を提供したり、光素子１０から一定熱量を除去したりすることができる。ここで、一定熱量とは、既設定熱量であり、光素子１０を一定温度差ほど上昇または下降させることができる熱量を意味する。

図７に図示された構成においては、前記温度補償要素５０の発熱体５０ａと吸熱体５０ｂとがそれぞれ別途に設けられているが、図８に図示されている構成においては、前記温度補償要素５０の発熱体５０ａ及び吸熱体５０ｂが１つの熱電素子１５０（温度補償要素）に設けられている。さらに具体的には、前記熱電素子１５０（温度補償要素）は、前記光素子１０と対向する第１面Ｓ１と、第１面Ｓ１と反対になる第２面Ｓ２と、を含み、前述の第１面Ｓ１、第２面Ｓ２のうち一面は、相対的に温度が高い発熱面に作用し、前述の第１面Ｓ１、第２面Ｓ２のうち他の面は、相対的に温度が低い吸熱面に作用することができる。

さらに具体的には、前記熱電素子１５０（温度補償要素）は、駆動電流の方向により、光素子１０と対向する第１面Ｓ１が、高温の発熱面として作用し、第１面Ｓ１と反対になる第２面Ｓ２が、低温の吸熱面として作用することができ、駆動電流の方向が反転されることにより、光素子１０と対向する第１面Ｓ１が低温の吸熱面として作用し、第１面Ｓ１と反対になる第２面Ｓ２が高温の発熱面として作用することができる。

例えば、加熱スイッチ５１ａは、熱電素子１５０と連結され、オン／オフ転換されながら、熱電素子１５０の第１面Ｓ１が、高温の発熱面として作用するように、電源を供給したり電源を遮断したりすることができ、例えば、冷却スイッチ５１ｂは、熱電素子１５０と連結され、オン／オフ転換されながら、熱電素子１５０の第１面Ｓ１が、低温の吸熱面として作用するように、電源を供給したり電源を遮断したりすることができる。このとき、前記加熱スイッチ５１ａと冷却スイッチ５１ｂは、前記熱電素子１５０に対して、互いに反対方向に流れる駆動電流を供給することにより、光素子１０と対向する熱電素子１５０の第１面Ｓ１が、選択的に高温の発熱面として作用したり、低温の吸熱面として作用したりすることができる。

本発明においては、周辺の低温環境や周辺の高温環境に対応し、光素子に対する加熱及び冷却を提供する温度補償要素を導入することにより、拡張された広い温度範囲において、電気的な信号から光学的な信号に変換するためのモジュレーションにおいて、適正な変調性能を維持することができ、光素子の光パワーも適正レベルに維持することができる。

本発明は、添付図面に図示された実施形態を参照して説明されたが、それらは、例示的なものに過ぎず、本発明が属する技術分野において当業者であるならば、それらから多様な変形、及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によって定められるものである。

１０ 光素子
１１ 反射部材
２０ 回路基板
３０ 光ファイバ
４０ 樹脂射出物
５０ 温度補償要素
５０ａ 発熱体
５０ｂ 吸熱体
５１ 機械式スイッチ
５１ａ 加熱スイッチ
５１ｂ 冷却スイッチ
５２ 電源
５２ａ 加熱電源
５２ｂ 冷却電源
６０ モジュールハウジング
１５０ 熱電素子
Ｉｔｈ 閾値電流
Ｍ モジュレーション区間
Ｓ１ 熱電素子（温度補償要素）の第１面
Ｓ２ 熱電素子（温度補償要素）の第２面

Claims (18)

1. 電気的入力から光学的出力を提供する光素子と、
   前記光素子に対して電気的入力を提供するためのものであり、光素子が装着される回路基板と、
   前記回路基板の一側に装着された温度補償要素と、
   前記温度補償要素と連結され、周辺温度により、オン／オフ転換されながら、温度補償要素に対する電源供給または電源遮断のための機械式スイッチと、を含む光通信モジュール。
2. 前記機械式スイッチは、オン／オフ転換のための駆動電源を供給されないことを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
3. 前記機械式スイッチは、互いに異なる熱膨脹係数を有する異種金属板の接合を具備するバイメタルを含むことを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
4. 前記光素子と温度補償要素は、前記回路基板の互いに反対になる面に装着されることを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
5. 前記光素子と温度補償要素は、少なくとも一部で互いに重畳されるように配置されることを特徴とする請求項４に記載の光通信モジュール。
6. 前記温度補償要素は、
   前記光素子の加熱のための発熱体と、前記光素子の冷却のための吸熱体とのうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
7. 前記温度補償要素は、
   低温での発熱のための発熱体と、
   高温での吸熱のための吸熱体と、を含み、
   前記機械式スイッチは、
   前記発熱体と連結され、周辺温度により、オン／オフ転換されながら、発熱体に対する電源供給または電源遮断のための加熱スイッチと、
   前記吸熱体と連結され、周辺温度により、オン／オフ転換されながら、吸熱体に対する電源供給または電源遮断のための冷却スイッチと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
8. 前記温度補償要素は、加熱のための発熱体を含み、
   前記光素子が適正稼動のための温度範囲として、第１温度と第２温度との間において、ΔＴ１の温度範囲を有するとするとき、
   前記機械式スイッチは、前記第１温度以下においてオン転換され、
   前記温度補償要素は、光素子の温度を、周辺温度対比で、ΔＴ２の温度差ほど上昇させるが、前記ΔＴ２は、ΔＴ１より小さいことを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
9. 前記光素子が適正稼動のための温度範囲として、０℃ないし６０℃の温度範囲を有するとき、
   前記機械式スイッチは、０℃以下においてオン転換され、
   前記温度補償要素は、光素子の温度を、周辺温度対比で、５０℃の温度差ほど上昇させることを特徴とする請求項８に記載の光通信モジュール。
10. 前記ΔＴ１は、６０℃であり、前記ΔＴ２は、５０℃であることを特徴とする請求項８に記載の光通信モジュール。
11. 前記温度補償要素は、冷却のための吸熱体を含み、
    前記光素子が適正稼動のための温度範囲として、第１温度と第２温度との間において、ΔＴ１の温度範囲を有するとするとき、
    前記機械式スイッチは、前記第２温度以上においてオン転換され、
    前記温度補償要素は、光素子の温度を、周辺温度対比で、ΔＴ２の温度差ほど下降させるが、前記ΔＴ２は、ΔＴ１より小さいことを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
12. 前記光素子が適正稼動のための温度範囲として、０℃ないし６０℃の温度範囲を有するとき、
    前記機械式スイッチは、前記６０℃以上においてオン転換され、
    前記温度補償要素は、光素子の温度を、周辺温度対比で、５０℃の温度差ほど下降させることを特徴とする請求項１１に記載の光通信モジュール。
13. 前記ΔＴ１は、６０℃であり、前記ΔＴ２は、５０℃であることを特徴とする請求項１１に記載の光通信モジュール。
14. 前記温度補償要素は、
    前記光素子と対向する第１面と、第１面と反対になる第２面とを含み、前述の第１面、第２面のうち一面は、相対的に温度が高い発熱面として作用し、前述の第１面、第２面のうち他の面は、相対的に温度が低い吸熱面として作用する熱電素子を含み、
    前記機械式スイッチは、
    前記熱電素子と連結され、オン／オフ転換されながら、前記熱電素子の第１面が発熱面として作用するように、電源を供給したり電源を遮断したりする加熱スイッチと、
    前記熱電素子と連結され、オン／オフ転換されながら、前記熱電素子の第１面が、吸熱面として作用するように電源を供給したり電源を遮断したりする冷却スイッチと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
15. 前記加熱スイッチと冷却スイッチは、前記熱電素子に対して互いに反対方向に流れる駆動電流を供給することを特徴とする請求項１４に記載の光通信モジュール。
16. 前記モジュールケース内には、前記光素子と共に、回路基板と、温度補償要素と、機械式スイッチとが共に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
17. 前記光素子と機械式スイッチとの間には、前記モジュールケース内に収容された静止した空気層が介在されることを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。
18. 前記光素子と機械式スイッチとの間には、前記光素子を取り囲む樹脂射出物が介在されることを特徴とする請求項１に記載の光通信モジュール。