JP3955722B2 - 光送受信システム及びそれのための光送受信モジュール - Google Patents

光送受信システム及びそれのための光送受信モジュール Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、1芯の光ファイバを共有して送受信を行う1芯双方向光送受信システム、および、このシステムに使用される光送受信モジュールに関するものである。特に、IEEE1394やUSB2などの高速伝送が可能なデジタル通信システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本願出願人は、先に出願した特願平11−296273号(平成11年10月19日出願)において、シールド板を用いることにより電気的クロストークを低減するとともに、発光デバイスと受光デバイスの間を遮り光ファイバの端面に当接する遮光性の仕切り板を用いることにより、光学的クロストークを低減し、全二重通信を実現する光送受信システムを提案した。発光デバイスは送信信号光を発する発光素子を透明樹脂で封止したものであり、受光デバイスは受信信号光を受ける受光素子を透明樹脂で封止したものである。
【0003】
図9はこの光送受信システムにおいて、内部に一芯の光ファイバを備えた光プラグ30が光送受信モジュール(全体図は省略する)内に途中まで挿入されて仕切り板19に接触し始めた状態を、図10は光プラグ30が光送受信モジュールに完全に挿入されて仕切り板19に接触しきった状態を示す。図9、10中、(A)は仕切り板19の平面図であり、(B)は光プラグ30に対する仕切り板19の位置関係を示す側面図である。
【0004】
光ファイバを含む光プラグ30は、製造過程で長さのばらつきを持つ。このシステムでは、どのような長さの光プラグ30が光送受信モジュール内に挿入されても仕切り板19が常に光ファイバ32端面に接触するように、最大ばらつき時(最短時)でも光プラグ30(光ファイバ端面)によって押圧される位置に仕切り板19を配置すると共に、仕切り板19に弾性変形機能を持たせて、長目の光プラグが挿入されたときには仕切り板19を光送受信モジュールの奥方へと移動可能としている(図10)。このようにして、光プラグ30の長さのバラツキが吸収される。
【0005】
図11に光送受信モジュールと共に光送受信システムを構成する、光プラグ30を有する光ケーブルの要部を示す。図中、(A)は側面図であり、(B)は裏面図である。この図に示すように、光プラグ30(光ファイバを含む)は光ケーブルの各端部(一端部のみ図示)に設けられており、光ファイバの先端も含む光プラグ30の先端は光ファイバの長手方向前方(つまりモジュール側)に向けて傾斜した斜面30aとなっている。また、光プラグ30に水平方向に延びる回転防止のキー31を設けると共に、光送受信モジュール内に、前記キー31と協働するキー溝(図示せず)を設けて、光プラグ30の回転に伴い光の入出力特性が変化することを防止するようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このシステムでは、光プラグ30に回転防止用のキー31が形成されているため、光プラグの装着時にこのキー31を光送受信モジュールのキー溝に合わせないと光プラグを光送受信モジュールに挿入できず、ユーザーの利便性が悪い問題があった。
【0007】
しかしながら、光プラグ30の回転防止キー31を取り去って装着時の利便性を高めようとすると、光プラグ30が回転可能となるため、光ファイバの端面30aと仕切り板19が接触した状態で光プラグ30が回転する場合がある。その結果、光ファイバの端面や仕切り板が破損する問題が生じることになる。
【0008】
そこで、本発明は、遮光性の仕切り板を用いて全二重通信方式による光伝送を可能にする光送受信モジュール、光ケーブル、及びそれらを用いた光送受信システムにおいて、光プラグがモジュール内で回転しても光ファイバ端面にも仕切り板にも破損が発生しない構造を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、送信信号光を発光する発光素子と、受信信号光を受光する受光素子とを備え、前記信号光の送受信を1芯の光ファイバを共有して行う光送受信モジュールにおいて、
光ファイバが所定位置に装着されたときに、前記発光素子から前記光ファイバの端面に至る送信信号光の光路と前記光ファイバの端面から前記受光素子に至る受信信号光の光路とを互いに分離する遮光性の仕切り部材を備え、
前記仕切り部材は、前記送信信号光の光路と前記受信信号光の光路との間において前記装着された光ファイバの光軸方向に延びる遮光性材料からなる仕切り板と、この仕切り板を前記光ファイバの光軸方向に移動可能に保持する保持部とを有し、
前記仕切り板は、光ファイバが所定位置に装着されたときに、隙間をあけて光ファイバの端面に対向する対向面を有し、この対向面には光吸収材料が塗布されていることを特徴とする光送受信モジュールを提供する。
【0010】
上記構成によれば、光ファイバを内部に有する光プラグがこの光送受信モジュール内に装着されたとき、光ファイバの端面と仕切り部材の対向面との間に間隙があるので、光プラグが回転しても、光ファイバの端面と対向面とが接触することがない。したがって、これらの破損を防止できる。また、光プラグの回転による光ファイバの端面や仕切り部材の破損をこのように防止できるので、回転防止機構を光送受信モジュールおよび光プラグに設ける必要がなく、したがって、ユーザは簡単に光プラグをこの送受信モジュールに装着することができる。
【0011】
全二重通信方式による光伝送の観点から、前記隙間(G)は、好ましくは、0mm<G<0.3mmであり、より好ましくは、略0.2mmであるのがよい。光学系にも依存するが、この隙間寸法であれば、ビットエラーレート(BER)を1E−12(10の−12乗)にでき、全二重通信方式による光伝送を達成できる。
【0012】
前記仕切り部材は、光ファイバが所定位置に装着されたときに、前記隙間が一定になるように前記対向面を前記光ファイバの端面に対して位置決めする位置決め手段を備えていてもよい。このような位置決め手段を備えることにより、光プラグが装着される度に、仕切り部材の対向面と光ファイバ端面との間の間隙が変化するというような事態を回避できる。したがって、安定な全二重通信が可能となる。
【0013】
前記位置決め手段は、一実施の形態においては、光ファイバを内部に保持するプラグ(フェルール)の端面に接触する係合面であり、この係合面は前記対向面に対して固定された位置関係にある。
【0014】
前記位置決め手段は、別の実施の形態においては、前記光ファイバの端面のうち信号光が通過しない部分に接触する係合面であり、この係合面は前記対向面に対して固定された位置関係にある。
【0015】
好ましくは、前記係合面に摺動性材料、つまり、滑り摩擦係数の小さい材料を用いるのがよい。光プラグを何回転させても、接触箇所の破損は発生しにくい。
【0016】
前記仕切り部材は、前記係合面を前記光ファイバ側に付勢するバネ手段を備えていてもよい。この場合、係合面はプラグの端面あるいは光ファイバ端面の信号光が通過しない部分に適度の力で押し付けられるので、光プラグ装着中の前記間隙の変化が防止できる。
【0017】
一実施形態においては、前記仕切り部材は、さらに、前記仕切り板が固定されると共に、前記係合面を有する係合部を備え、前記保持部は、前記係合部を前記光ファイバ側に付勢するバネ手段を有し、前記係合部を光ファイバの光軸方向に移動可能に保持する。
【0018】
この構成によれば、長目の光プラグが挿入されたとき、係合部は保持部によって保持されつつ、バネ手段のバネ力に逆らって、初期位置からモジュールの奥方(プラグ挿入口の反対側)へと移動する。当然、前記係合面もそれに応じてその初期位置からモジュールの奥方へと移動することになる。したがって、光プラグの製造バラツキを考慮して、考えられ得る最も短い光プラグの長さに対応できる位置を係合部の初期位置とすれば、光プラグの長さにバラツキ(製造許容差)があっても、係合部の移動によってそのバラツキを吸収できる。
【0019】
一実施形態では、前記係合部は、略円錐台形状の穴を有しており、この穴に光ファイバを有する光プラグの先端部分を収容している。
【0020】
前記対向面が、装着される光ファイバの端面形状と略相補の形状を有すれば、光ファイバの端面全体に亘って前記間隙を確実に一定にできる。
【0021】
さらに、本発明は、前述したいずれかの光送受信モジュールと、一芯の光ファイバが挿通されており、この光ファイバの各端面は光ファイバの光軸に対し回転対称な曲面である光ケーブルとを備えたことを特徴とする光送受信システムを提供する。この光送受信システムでは、このような構成の光ケーブルを使用することにより、光ファイバの一方の端面より導かれた送信信号光が他方の端面によって反射されて前記一方の端面に戻り受光素子に入射することを防止できる。
【0022】
前記回転対称な曲面は、たとえば、凸(コンベックス)面である。円錐面であってもよい。
【0023】
前述したいずれかの光送受信モジュールとこの光ケーブルを組み合わせると、光プラグがモジュール内で回転しても光ファイバ端面にも仕切り部材にも破損が発生せず、全二重通信方式による光通信を安定して行え、しかもユーザにとってっも利便性の高い光送受信システムが実現できる。
【0024】
前記光ファイバの端面は、両端部に設けたプラグから突出すると共に、前記光ファイバの端面の半径方向外側部分は前記プラグの端面の一部を覆っていてもよい。このような光ファイバの端面構造は、仕切り部材の係合面が光ファイバの端面のうち信号光が通過しない部分に接触する実施形態において、特に採用される。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態にかかる光送受信システムついて、図1〜図8を参照して説明する。
【0026】
図1,2,3に示すように、光送受信システムに使用される光送受信モジュール60は、内部に1芯の光ファイバを備えるプラグ90が挿入口61aから挿入された時その位置を保持するレセプタクル部61、光学素子である反射防止膜処理の施された1対の光分岐素子62、発光素子63を封止した発光デバイス64、発光デバイス64を覆う導電性材料で形成された図示しないシールド、受光素子65を封止した受光デバイス66、受光デバイス66を覆う導電性材料で形成された図示しないシールド、送信信号光の光路と受信信号光の光路とを互いに分離すると共に前記光ファイバの長手方向に移動可能な仕切り部材80、発光素子63の駆動IC71、駆動IC71の電気配線を行うPWB等からなる基板72、駆動IC71および基板72を覆うシールド73、受光素子65の信号増幅を行う増幅IC74、増幅IC74の電気配線を行うPWB等からなる基板75、増幅IC74および基板75を覆うシールド76、外部入出力端子77から構成される。図示の例では、光分岐素子62としてフーコープリズムを使用しているが、マイクロプリズムアレイを使用してもよい。
【0027】
前記仕切り部材80は発光デバイス64と受光デバイス66との間および1対の光分岐素子62の間に位置する仕切り板81と、仕切り板81の一端が固定される係合部82と、係合部82したがって仕切り板81を光ファイバの光軸方向に移動可能に保持する保持部83を備えている。図3(B)(D)からよくわかるように、係合部82は、プラグ90の先端をスムースに収納するために中央に略円錐台形状の穴85を有すると共に、この穴85の底部に径方向内側に突出した環状の突起86を有する。仕切り板81は、厚み50μm程のリン青銅板やステンレス板から成り、インサート成形によって係合部52の底部に固定されている。仕切り板81には、穴85に対向する側に、凹状の面81aを有する。この面81aには光吸収材料(カーボンを含む黒塗料等)が塗装されている。また、図3(C)からよくわかるように、リン青銅板やステンレス板から成る板ばね84がインサート成形や圧入により保持部83に取り付けられており、このばね84によって、係合部82はプラグ挿入孔61aの方向つまり光ファイバ側に常に付勢されている。また、係合部82は保持部83に設けられた矩形の穴にスライド可能に嵌り込んでいるため、ばね84の力よりも大きな力が係合部82に作用すれば、係合部82およびこれに固定された仕切り板81がプラグ挿入孔61aとは反対方向に移動する。
【0028】
この光送受信モジュール60は図8に示す光ケーブルとともに光送受信システムを構成する。光ケーブルは両端部分(図8には一端部分のみが示されている)に光プラグ90を有し、中には光ファイバ91が挿通されている。同図からわかるように、この光プラグは回転防止機構を備えておらず、回転可能である。光ファイバ端面91aはプラグ(フェルール)端から突出し、その半径方向外側部分は、図4に示すようにプラグ端面90aの一部を覆っている。光ファイバ端面91aは、光ファイバ光軸に対し回転対称な曲面であり、図4に示した例では、凸面である。曲面からの反射光束は広がるのでファイバ中を伝播する際にクラッドに吸収され、結果としてファイバから出てくる反射光は、光ファイバ先端が平面の場合に比べて、少なくなる。前述した仕切り板81の面81aの凹形状は光ファイバ端面91aの凸形状と相補である。
【0029】
光プラグ90がプラグ挿入孔61aを通してモジュール60内に入れられると、図4にはっきりと示されるように、光プラグ90の先端は仕切り部材80の係合部82の穴85に嵌り込み、プラグ端面90aのうちファイバ端面によって覆われていない部分が係合部82の突起86の面(係合面)86aと接触し、光ファイバ先端と仕切り板の相対位置が決定される。このとき、光ファイバ端面91aとこれに対向する仕切り板81の対向面81aとの間には突起86の厚み分の隙間Gができる。光ファイバ端面91aを凸面にし、仕切り板81の対向面81aを凸面と相補の凹形状としているため、隙間Gの寸法はファイバ中心から外れても同じとなる。この隙間Gの寸法は、光学系の構造に依存するが、0.3mmより小さい値とするのがよい(0mm<G<0.3mm)。できるだけ小さいほどよい。この実施の形態では、隙間Gは約0.2mmとしている。隙間が0.2mm位であれば、ビットエラーレート(BER)を10-12にでき、全二重通信方式を十分に実現できることが実験により確かめられた。
【0030】
仕切り部材80の係合部82はばね84によってプラグ挿入孔61aの方向つまり光プラグ90の方向に付勢されているので、係合面86aがプラグ端面90aに常に微小な力で押し付けられている。また、光ファイバ端面91aは光ファイバの光軸に対して回転対称な曲面であるので、光プラグ90を回転してもその端面91aの形状は仕切り板81の対向面81aに対して変化しない。これらのことから、前記隙間Gは一定に保たれる。
【0031】
また、光ファイバを含む光プラグ90は、製造過程で長さのばらつきを持つため、仕切り部材80をレセプタクル部11に固定する等して、仕切り板81の位置を固定してしまうと、光プラグによっては光ファイバ端面91aと仕切り板81の対向面81aとの間の隙間が設定以上に大きくなる場合がある。例えば光プラグをEIAJ−RC5720B規格の丸型プラグとすると製造過程のばらつきにより、プラグの長さは14.7〜15mmとなる。隙間を0.2mmに設定し、仕切り板81の位置を最長の光プラグに合わせて固定するとすると、プラグによっては0.5mmの隙間になるものが現れる。しかし、本実施の形態では、考えられ得る最も短い光プラグの長さに対応できる位置を仕切り部材80(具体的には係合部82)の初期位置とすると共に、仕切り部材80を光ファイバの長手方向に移動可能とし、板ばね84により常に微小な力で係合部82を光プラグ端面90aに押し付けるようにするので、どのような長さの光プラグ30が挿入しても、先に述べた隙間の間隔は一定に保たれる。
【0032】
プラグ端面90aと接触する係合面86aは、プラグの回転によりプラグ端面90aがその上を摺動するため、ふっ素樹脂や超高分子量ポリエチレンなどの、滑り摩擦係数が小さく、耐磨耗性にすぐれた材料を用いるのが望ましい。
【0033】
次に、上記構成の光送受信システムの作用について説明する。光送受信モジュール60の外部から入出力端子77を介して送信信号(電気信号)が入力されると、駆動IC71により発光素子63が駆動され、送信信号光(光信号)が発光素子63から出射される。この送信信号光は、発光デバイス64の表面に形成されたレンズ67により略平行光とされ、光分岐素子62へ入射し、光路を偏向され、光ファイバ91へ入射する。光ファイバの光送受信モジュールに近い側の端面(以下、「近端側端面」と称す。)91aで反射した送信信号光は、仕切り板81と光ファイバ端との間隙Gを通過し、受光デバイス66側へ入射する。このとき、間隙Gが0.2mmと小さいため、入射光は十分に小さい光量となる。
【0034】
光ファイバ91を伝播した送信信号光は、光ファイバの光送受信モジュールに遠い側の端面(以下、「遠端側端面」と称す。)91aで一部反射する。しかし、端面91aが凸面であるため、反射光束は広がり、ファイバ中を伝播する間にクラッドに吸収される。その結果として、ファイバ近端側端面91aから出てくる反射光は少ない。
【0035】
一方、光ファイバ遠端側端面91aを出た送信信号光は通信相手の光送受信モジュールへと入射する。
【0036】
通信相手の光送受信モジュールも同一構成である(符号についても同一符号を用いて説明する。)とすると、送信信号光が最初に到達するのは、仕切り板81の対向面81aであるが、この面を光吸収材料(カーボンを含む黒塗料等)により塗装しているため、ここでの反射光は発生しない。
【0037】
続いて、光分岐素子62へ到達するが、ここにおいても光分岐素子62表面は反射防止膜処理が施されているため、ここでの反射光も発生しない。そして、光分岐素子62に入射した送信信号光は、光路が偏向され受光デバイス66の表面に形成されたレンズ68により集光され、受光素子65に入射する。
【0038】
この受光素子65では一部の入射光が反射するが、入射光は受光素子65へ斜めに入射しているために反対の斜め方向に反射され、光分岐素子62へは戻らない。この後、受光素子65に入射した光は光電変換されて電気信号となり、増幅IC74により増幅され、外部入出力端子77から、光送受信モジュール外部へ受信信号として取り出される。
【0039】
この光送受信システムでは、シールド板を使用することにより電気的クロストークを抑えるとともに、僅かな隙間をあけて光ファイバ端面に対向する仕切り板を有する仕切り部材80を使用することにより光学的クロストークを抑えるので、全二重通信方式による光伝送を達成できる。また、仕切り板と光ファイバ端面との間に隙間を設けているので、光プラグの回転による光ファイバ端面や仕切り板の破損は生じない。
【0040】
上述の光送受信システムでは、ファイバ端面91aを凸面とし、仕切り部材80の対向面86aを凹面として、隙間Gをファイバ中心から外れても同じとなるようにしている。しかし、光学系の構造によっては、隙間が大きくて良いので、その場合は、図5に示すように、仕切り板81の対向面は湾曲部をもたない面181aとしてもよい。
【0041】
また、光ファイバ先端は凸面以外に、図6に示すような円錐面191aとしても良い。図6に示した例では、隙間Gをファイバ中心から外れても同じとなすために、仕切り板81の対向面281aは円錐面191aと相補の形状を有する。光ファイバ先端の形状は、プラグの回転に対し回転対称であれば、平面よりも反射光は減るので、その形状に応じて隙間を設定すれば良い。
【0042】
また、上述の光送受信システムでは、仕切り部材80の係合部82はプラグ端面に接触するようにしたが、図7に示すように、係合部82の突起186の長さを図4等に示した突起86よりも長くして光ファイバ端面91aに接触させてもよい。この場合の光ファイバ接触位置は、信号光が通過しない位置である。具体的にはクラッド直径1mmの光ファイバでは、光ファイバの中心から半径方向に0.5mmよりも大きい位置であれば良い。図7に示した例では、係合部82の突起186の厚みを図4等に示した突起86の厚みよりも薄くすることによって、隙間Gの寸法を図4の場合と同じになるようにしている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (A)は本発明の一実施の形態にかかる光送受信システムにおける光送受信モジュールの側面図、(B)は(A)の1B−1B線断面図である。
【図2】 図1の光送受信モジュールに光プラグが挿入された場合の図1(B)と同様の断面図である。
【図3】 (A)は、図1の光送受信モジュールに使用される仕切り部材の正面図、(B)は(A)のB−B線断面図、(C)は(A)のC−C線断面図、(D)は(A)のD−D線断面図である。
【図4】 図1の光送受信モジュールにおける仕切り部材の係合部と光プラグの接触状態を示す断面図である。
【図5】 仕切り部材の変形例を示す図4と同様の断面図である。
【図6】 仕切り部材および光ファイバ端面の変形例を示す図4と同様の断面図である。
【図7】 仕切り部材のさらなる変形例を示す図4と同様の図である。
【図8】 本発明の光送受信システムにおける光ケーブルの一端側を示す斜視図である。
【図9】 (A)および(B)はそれぞれ本願出願人が先行出願で提案した光送受信モジュールに使用する仕切り板の平面図および側面図であり、光プラグが仕切り板に接触し始めた時点の状態を示す。
【図10】 (A)および(B)はそれぞれ光プラグが仕切り板に接触しきった時点での仕切り板の平面図および側面図である。
【図11】 (A)および(B)はそれぞれ本願出願人が先行出願で提案した光送受信システムに使用する光ケーブルの側面図および裏面図である。
【符号の説明】
60 光送受信モジュール
61 レセプタクル部
61a 挿入口
62 光分岐素子
63 発光素子
64 発光デバイス
65 受光素子
66 受光デバイス
71 駆動IC
72、75 基板
73、76 シールド
74 増幅IC
77 外部入出力端子
80 仕切り部材
81 仕切り板
81a、181a、281a 対向面
82 係合部
83 保持部
84 板ばね
85 穴
86、186 突起
86a、186a 係合面
90 光プラグ
91 光ファイバ
91a、191a 光ファイバ端面

Claims (12)

  1. 送信信号光を発光する発光素子と、受信信号光を受光する受光素子とを備え、前記信号光の送受信を1芯の光ファイバを共有して行う光送受信モジュールにおいて、
    光ファイバが所定位置に装着されたときに、前記発光素子から前記光ファイバの端面に至る送信信号光の光路と前記光ファイバの端面から前記受光素子に至る受信信号光の光路とを互いに分離する遮光性の仕切り部材を備え、
    前記仕切り部材は、前記送信信号光の光路と前記受信信号光の光路との間において前記装着された光ファイバの光軸方向に延びる遮光性材料からなる仕切り板と、この仕切り板を前記光ファイバの光軸方向に移動可能に保持する保持部とを有し、
    前記仕切り板は、光ファイバが所定位置に装着されたときに、隙間をあけて光ファイバの端面に対向する対向面を有し、この対向面には光吸収材料が塗布されていることを特徴とする光送受信モジュール。
  2. 前記隙間(G)は0mm<G<0.3mmであることを特徴とする請求項1記載の光送受信モジュール。
  3. 前記仕切り部材は、光ファイバが所定位置に装着されたときに、前記隙間が一定になるように前記対向面を前記光ファイバの端面に対して位置決めする位置決め手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の光送受信モジュール。
  4. 前記位置決め手段は、光ファイバを内部に保持するプラグの端面に接触する係合面であり、この係合面は前記対向面に対して固定された位置関係にあることを特徴とする請求項3記載の光送受信モジュール。
  5. 前記位置決め手段は、前記光ファイバの端面のうち信号光が通過しない部分に接触する係合面であり、この係合面は前記対向面に対して固定された位置関係にあることを特徴とする請求項3記載の光送受信モジュール。
  6. 前記仕切り部材は、前記係合面を前記光ファイバ側に付勢するバネ手段をさらに備えていることを特徴とする請求項4または5記載の光送受信モジュール。
  7. 前記仕切り部材は、さらに、前記仕切り板が固定されると共に、前記係合面を有する係合部を備え
    前記保持部は、前記係合部を前記光ファイバ側に付勢するバネ手段を有し、前記係合部を光ファイバの光軸方向に移動可能に保持することを特徴とする請求項4または5記載の光送受信モジュール。
  8. 前記係合部は、光ファイバを有する光プラグの先端部分を収容するための略円錐台形状の穴を有する請求項7記載の光送受信モジュール。
  9. 滑り摩擦係数の小さい材料を前記係合面に用いたことを特徴とする請求項4または5に記載の光送受信モジュール。
  10. 請求項1乃至9のいずれか1つに記載の光送受信モジュールと、
    一芯の光ファイバが挿通されており、この光ファイバの各端面が光ファイバの光軸に対し回転対称な曲面である光ケーブルとを備えたことを特徴とする光送受信システム。
  11. 前記光ファイバの端面は、両端部に設けたプラグから突出すると共に、前記光ファイバの端面の半径方向外側部分は前記プラグの端面の一部を覆っていることを特徴とする請求項10記載の光送受信システム。
  12. 前記光送受信モジュールにおける前記仕切り板の対向面は、光ファイバの端面形状と略相補の形状を有することを特徴とする請求項10または11記載の光送受信システム。
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