JP5577083B2 - 検出モジュール - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の序文に対応する特徴を備える光信号を受信するための検出モジュールに関する。

知られているように、この種の検出モジュールは、少なくとも１つの電気ブッシング(electrical bushing)および少なくとも１つの光ブッシング(optical bushing)と、電気ブッシングに接続されている少なくとも１つの電気アセンブリー(electrical assembly)と、光ブッシングに接続されている少なくとも１つの光アセンブリー(optical assembly)を有するモジュールハウジングを有しており、電気アセンブリーおよび光アセンブリーは、モジュールハウジング内に配置され、光アセンブリーおよび電気アセンブリーは、少なくとも１つの光インターフェースを介して互いに接続されており、電気アセンブリーは、光アセンブリーの光出力信号を電気信号に変換するための少なくとも１つのフォトダイオードを有している。

高次変調形式、例えば、Ｄ（Ｑ）ＰＳＫ、（ＤＰ）ＱＰＳＫ、ｎ−ＱＡＭ等によって高ビットレートのデータ信号を送信している間、光信号の振幅および位相中のコード化された情報は、光アセンブリーによって純粋な光振幅信号に変換され、その後、光アセンブリーおよび光アセンブリーに含まれているフォトダイオードによって電気信号に変換される。スイッチングセンター(switching center)（いわゆる“ラインカード(linecard)”）および送受信機内のＤＳＬモデム（デジタル加入者線モデム）の対応物等の小さくて費用対効果が高い構成要素を開発および製造する際における１つの重要な点は、例えば、１つのハウジング内に異なる機能を組み込むことである。ここで重要なことは、第１に、予め定められているハウジングの高さを超えてなく、また、電気無線周波数ブッシング(electrical radio-frequency bushing)が、検出モジュールの下流に配置されている他のモジュール、例えば、電気デマルチプレクサによって予め定義されている定義高さを有している必要があるということである。ハウジングの最大高さは、例えば、標準ラインカードに対して８．５ｍｍであり、また、例えば、ＳＦＰ(small form factor)規格サイズの送受信機に対して６．５ｍｍである。電気無線周波数ブッシングに対する定義高さは、例えば、３．３２ｍｍであり、また、商業的に樹立された電気デマルチプレクサ（例えば、シエラモノリシクス(Sierra Monolithics)製のＳＭＩ４０３４およびＳＭＩ４０３６）の無線周波数入力の高さによって決定される。

本発明は、前述した必要に由来し、特に簡単に製造され、同時に、前述した定義高さに従う検出モジュールを明示することを目的とする。

本発明では、この目的は、請求項１に対応する特徴を備える検出モジュールによって達成される。本発明の検出モジュールの有利な構成は、従属請求項に明記されている。

本発明では、光アセンブリーは、少なくとも１つのコリメーター(collimator)（視準器）を有し、出力側において、互いに平行に進行する平行電磁光線(collimated electromagnetic ray)により構成される少なくとも１つのビームを、光インターフェースとしての自由放射接続(free-radiating connection)を介して電気アセンブリーに送信し、また、電気アセンブリーは、自由放射接続を介して光アセンブリーからのビームを受信する。

本発明の検出モジュールの１つの重要な利点は、光アセンブリーと電気アセンブリーとの間に光ファイバー接続を必要としないということであり、結果として、必要とする全スペースがかなり減少する。

本発明の検出モジュールのさらに重要な利点は、自由放射接続により、電気アセンブリーおよび光アセンブリーは、モジュールハウジングに挿入される前には、別々にまたは分離方法で構成される。２つのアセンブリーは、結果的に、自由放射接続によって非接触で接続される。２つのアセンブリーを完全に別々に構成することによって、個々のアセンブリーそれぞれの特に高い内部安定性および統合性を確保することができる。安定性および統合性は、光アセンブリーが、遅延ライン干渉計(delay line interferometer)として設計され、また、２つの異なるビーム通路の干渉を用いる場合に特に有利である。しかしながら、別々の構成は、電気構成要素に対して多くの利点を有している。なぜなら、電気構成要素は、上流に配置されている光アセンブリーに対する1列整列を考慮する必要なしに、電気ブッシングに対して方向づけられることのみが必要とされるためである。これは、光アセンブリーが、好適には、自由放射接続によって電気アセンブリーに対して一列に整列されるまでモジュールハウジングに組み込まれないからである。

本発明の検出モジュールのさらに重要な利点は、自由放射接続のために、例えば、温度変化またはハウジングの据え付けの結果としての機械的応力等の外部の影響が、２つのアセンブリーの間の結合効率、それゆえ、検出モジュールの全体の動作に対する影響をほとんど有していないということである。

Ｄ（Ｑ）ＰＳＫ、（ＤＰ）ＱＰＳＫ、ｎ−ＱＡＭ等の高次変調形式により高ビットレートのデータ信号を受信することができる可能性に関しては、光アセンブリーが、入力側に現れる位相変調された光信号を、互いに直交する２つの振幅変調された光信号により構成される少なくとも１つの信号対に変換する光復調装置を有し、また、光アセンブリーが、それぞれ別々のビームによって、少なくとも２つの直交する振幅変調された光信号を電気アセンブリーに送信する場合に有利である。

光アセンブリーの入力側における光１列整列の必要性を避けるためには、コリメーターが、入力側において、光ブッシングを通って配設されている光ウェーブガイド(waveguide)に接続される場合に有利である。一例として、コリメーターと光ウェーブガイドは、いわゆるコリメーター−ピグテール(collimator-pigtail)（ファイバー終端を有するコリメーター）を形成する。

受信した信号のさらなる処理のためには、電気アセンブリーが、フォトダイオードの下流に配置されている増幅器（アンプ）を含んでいる場合に有利である。

フォトダイオードは、例えば、個々の別々のフォトダイオードまたはフォトダイオードアレイによって形成することができ、また、割り当てられた増幅器は、例えば、個々の別々の増幅器または増幅器アレイによって形成することができる。

好適には、電気アセンブリーは、全体または部分的にＲＦ最適化(RF optimized)された導体通路(conductor track)により構成される少なくとも１つの導体通路キャリア(conductor track carrier)と、導体通路キャリアの上部側に位置づけられているフォトダイオードに対する電気接続を有している。

電気アセンブリーは、例えば、モジュールハウジングの内側に完全または部分的に配設され、また、電気ブッシングに接続可能である。

好適には、電気アセンブリーを形成する構成要素の少なくとも１つ、好ましくは全部は、アセンブリーが、モジュールハウジング内への挿入時に、電気ブッシングに対して一列に整列されることのみが必要とされるように構成されている。

光アセンブリーは、例えば、光アセンブリーの残りの構成要素が配設されるキャリア基板(carrier substrate)を有していてもよい。好適には、光アセンブリーは、少なくとも１つの機械的、電気的、電熱的および／また電気機械的なアクチュエータを備えている。

電気アセンブリーおよび光アセンブリーは、例えば、アセンブリーの上部側が同じ方向を向くように、互いに向きを合わせられていてもよい。代わりに、アセンブリーの上部側が反対方向を向いていてもよい。

光自由放射接続の高さレベルとモジュールハウジングの電気ブッシングとの間の高さ補償を確立または貢献するために、電気アセンブリーは、例えば、モジュールハウジングのベースの平面に対して傾斜している少なくとも１つの導体通路キャリアを有していてもよい。

電気アセンブリーの構成要素は、さらに、電気アセンブリーの光自由放射接続の高さレベルとモジュールハウジングの電気ブッシングとの間の高さ補償を確立または貢献するように、高さが段階的に変化する方法(height-gradated fashion)で配置されていてもよい。

加えて、電気アセンブリーは、フォトダイオードで光アセンブリーから受信したビームに焦点を合わせる少なくとも１つのレンズを有していてもよい。

好適には、電気アセンブリーと光アセンブリーとの間に、それぞれのビームを有する少なくとも２つの平行自由放射接続が存在し、電気アセンブリーは、割り当てられたフォトダイオード上のビームに焦点を合わせるための少なくとも２つのレンズにより構成されるワンピース（１片）のレンズアレイを有している。
本発明は、実施の形態に基づいて以下に詳細に説明されている。

光アセンブリーが、光復調装置を有し、また、出力側において２つのビームを発生する、本発明の検出モジュールの第1の実施の形態を示している。 図1の検出モジュールの平明図である。 図1および図２の検出モジュールの復調装置の内部構造の１例を示している。 電気アセンブリーが、少なくとも１つのフォトダイオード、少なくとも１つの増幅器および少なくとも１つの導体通路キャリアを有しており、導体通路キャリア、増幅器およびフォトダイオードが平面状のキャリアプレート上に配置されている、本発明の検出モジュールの第２の実施の形態を示している。 構造上の高さ適合が、電気アセンブリー内の中間要素によってなされ、また、導体通路キャリアが、傾斜方法で配置されている、本発明の検出モジュールの第３の実施の形態を示している。 異なる高さを有する中間要素が、電気アセンブリー内での構造上の高さ適合をもたらす、本発明の検出モジュールの第４の実施の形態を示している。 光アセンブリーが、モジュールハウジング内で、電気アセンブリーに対して逆さまに配置されている、本発明の検出モジュールの第５の実施の形態を示している。 明りょうにするために、各図では、同じ参照記号が、同一または同等の構成要素に対して用いられている。

図1は、検出モジュール１０の実施の形態を示している。検出モジュールは、ベースプレート３０、カバー４０および側壁４５を有するモジュールハウジング２０を有している。光アセンブリー５０および電気アセンブリー６０は、モジュールハウジング２０のベースプレート３０に配置されている。

光アセンブリー５０は、コリメーター８０および復調装置９０が配置されているキャリア７０を備えている。光ファイバーがガラスにより形成可能である光ウェーブガイド１００の一方の端部は、例えば、コリメーター８０の入力Ｅ８０に接続されている。光ウェーブガイド１００の他方の端部は、モジュールハウジング２０の側壁４５内の光ブッシング１１０を通って外方に導かれている。

電気アセンブリー６０は、例えば、２つのフォトダイオードを有する少なくとも１つのフォトダイオードアレイ１３０が配置されているキャリア１２０により構成されている。電気線１５０の一方の端部は、フォトダイオードアレイ１３０に接続され、電気線の他方の端部１６０は、モジュールハウジング２０内の電気ブッシング１７０を通って外方に導かれている。単一の線の代わりに、１つまたは複数の電気ブッシングを通ってモジュールハウジングの外に導かれている複数の電気線であってもよい。

電気アセンブリー６０および光アセンブリー５０は、自由放射接続(free-radiating connection)１８０を介して互いに光結合されている。光アセンブリー５０によって発生された電磁光線ができるだけ効率よくフォトダイオードアレイ１３０に結合される効果を達成するために、電気アセンブリー６０は、例えば、光アセンブリー５０によって発生されたビームそれぞれに焦点を合わせる少なくとも１つのレンズアレイ１９０を有することができる。一例として、光ビームそれぞれは、フォトダイオードアレイ１３０のそれぞれのフォトダイオードに割り当てられる。

図１の実施の形態では、復調装置９０は、例えば、入力側に現れる位相変調された光信号ＳＥを有し、互いに直交する２つの振幅変調された光信号ＳＰ１とＳＰ２を有する少なくとも１つの信号対を発生するように構成されている。互いに直交する２つの振幅変調された光信号ＳＰ１とＳＰ２は、各場合において、別々のビームによって、自由放射接続１８０を介して電気アセンブリー６０に送信される。フォトダイオードアレイ１３０は、入射ビームを電気信号に変換する。電気信号は、少なくとも１つの電気線１５０を介して、電気ブッシング１７０を通ってモジュールハウジング２０の外部に導かれる。

図２は、図１に示されている電気アセンブリー６０と光アセンブリー５０の構造の平面図を示している。互いに直交する２つの振幅変調された光信号ＳＰ１とＳＰ２が、それぞれの専用のビーム、すなわち、それぞれ専用の自由放射接続１８０を介して送信され、また、レンズアレイ１９０によってフォトダイオードアレイ１３０に焦点を合わせられることがわかる。検出モジュールのモジュールハウジング、電気ブッシングおよび光ブッシングは、明りょうにするために、図２には示されていない。

図３は、図１および図２に示されている検出モジュール９０の構造の１例を示している。入力側では、復調装置９０は、コリメーター８０から到来する位相変調された光信号ＳＥをビームスプリッター(beam splitter)２２０の方向に向ける偏向ミラー(deflection mirror)２１０を有している。１つの平行ビーム成分(collimated beam component)は、加熱要素２４０と圧電要素２５０によってセット可能な反射要素(retro-reflector element)２３０に進行し、そして、そこから後方にビームスプリッター２２０に進行する。他の平行ビーム成分は、ミラー２６０に進行し、そして、そこから後方にビームスプリッター２２０に進行する。戻っていく平行ビーム成分を用いて、ビームスプリッター２２０は、２つの平行出力ビームＢ１とＢ２を形成し、そして、それらを２つのミラー２７０と２８０の方向に向ける。２つのミラー２７０と２８０は、出力ビームＢ１とＢ２を“ノーズ(nose)”として表されるミラー２９０の方向に向ける。ノーズを矢印方向３００に沿って移すことにより、光通路Ｌ１とＬ２の間の通路差を、例えば、ゼロに設定することができる。互いに直交する２つの振幅変調された光信号ＳＰ１とＳＰ２は、ノーズ２９０の出力において出力される。

２つの光信号ＳＰ１とＳＰ２の間の距離は、例えば、２５０μｍの値に非常に正確に設定可能である。好ましくは、信号の間の間隔は、図２に示されているレンズアレイ１９０のレンズの間の距離に対応するように設定される。

図４は、検出モジュールの第２の実施の形態を示している。コリメーター８０、ビームスプリッター５００、２つのミラー５１０と５２０、圧電要素５３０、加熱要素５４０、反射要素５５０が、光アセンブリー５０のキャリア７０上に配置されていることがわかる。ビームスプリッター５００、２つのミラー５１０と５２０、圧電要素５３０、加熱要素５４０、反射要素５５０は、光アセンブリー５０の復調装置を形成する。

さらに、図４では、電気構成要素６０が、少なくとも１つのフォトダイオード６００、少なくとも１つの増幅器６１０、少なくとも１つの導体通路キャリア６２０を備えていることがわかる。３つの要素、すなわち、フォトダイオード６００、増幅器６１０、導体通路キャリア６２０は、電気構成要素６０の平面状のキャリアプレート(carrier plate)６３０上に配置されている。このような平面状のキャリアプレート６３０は、自由放射接続１８０の高さ、すなわち、モジュールハウジング２０のベースプレート３０から自由放射接続１８０までの距離が、電気ブッシング１７０の高さにほぼ相当する場合に特に有利であり、結果として、電気ブッシング１７０と自由放射接続１８０との間の高さ適合を行う必要がない。

図５は、検出モジュールの第３の実施の形態を示している。本実施の形態では、中間要素６４０が、電気アセンブリー６０の平面状のキャリアプレート６３０上に配置されている。中間要素は、ミラー５２０とフォトダイオード６００との間での光自由放射接続１８０を可能とするために、高さ適合をもたらす。増幅器６１０とフォトダイオード６００との間の簡単な電気接続を可能とするために、増幅器６１０は、中間要素６４０上に配置されている。

しかしながら、中間要素６４０のため、増幅器６１０と電気ブッシング１７０との間の高さの差が発生する。図５に示されている実施の形態では、この高さの差は、導体通路キャリア６２０が傾斜方法で配置されていることによって補償される。これにより、電気ブッシング１７０の高さに対してかなり高く配置されているにもかかわらず、何らの問題なく、増幅器６１０を、ブッシング１７０を通って配設されている電気線１５０に接続することができる。

図６は、検出モジュールの第４の実施の形態を示している。本実施の形態では、異なる厚さまたは異なる高さを有している２つの中間要素６４１と６４２が存在する。中間要素６４１は、フォトダイオード６００を平面状のキャリアプレート６３０上に配置するために作用する。中間要素６４２は、増幅器６１０をキャリアプレート６３０上に固定する。

２つの中間要素６４１と６４２が異なる高さまたは異なる厚さを有していることにより、導体通路キャリア６２０、増幅器６１０およびフォトダイオード６００の間の高さ適合、さらに、適切であれば、電気ブッシング１７０と自由放射接続１８０との間の高さの差が補償可能である。

図７は、検出モジュールの第５の実施の形態を示している。本実施の形態では、電気アセンブリー６０と光アセンブリー５０は、互いに逆さまに配置されている。これにより、図７に示されている実施の形態では、電気アセンブリー６０は、モジュールハウジング２０のベースプレート３０上に、キャリアプレート６３０とともに配置されている。光アセンブリー５０は、逆さまに配置されているが、ミラー５２０とフォトダイオード６００との間の自由放射接続１８０は確保されたままである。

この場合、光アセンブリー５０のモジュールハウジング２０内への固定は、任意の所望の方法でなされる。これにより、光アセンブリー５０のキャリア７０は、モジュールハウジング２０のカバー４０、モジュールハウジング２０の側壁４５に、または、追加の固定要素（図７には詳細に示されていない）を用いてモジュールハウジング２０のベースプレート３０上に固定可能である。

１０ 検出モジュール
２０ モジュールハウジング
３０ ベースプレート
４０ カバー
４５ 側壁
５０ 光アセンブリー
６０ 電気アセンブリー
７０ キャリア
８０ コリメーター
９０ 復調装置
１００ 光ウェーブガイド
１１０ 光ブッシング
１２０ キャリア
１３０ フォトダイオードアレイ
１４０ 端部
１５０ 電気線
１６０ 端部
１７０ 電気ブッシング
１８０ 自由放射接続
１９０ レンズアレイ
２１０ 偏向ミラー
２２０ ビームスプリッター
２３０ 反射要素
２４０ 加熱装置
２５０ 圧電要素
２６０ ミラー
２７０ ミラー
２８０ ミラー
２９０ ミラー（ノーズ）
３００ 矢印方向
５００ ビームスプリッター
５１０ ミラー
５２０ ミラー
５３０ 圧電要素
５４０ 加熱要素
５５０ 反射要素
６００ フォトダイオード
６１０ 増幅器（アンプ）
６２０ 導体通路キャリア
６３０ キャリアプレート
６４０ 中間要素
６４１ 中間要素
６４２ 中間要素
Ｂ１ 出力ビーム
Ｂ２ 出力ビーム
Ｅ８０ 入力
Ｌ１ 光通路
Ｌ２ 光通路
ＳＥ 信号
ＳＰ１ 信号
ＳＰ２ 信号

Claims (15)

1. 光信号（ＳＥ）を受信するための検出モジュール（１０）であって、
   少なくとも１つの電気ブッシング（１７０）および少なくとも１つの光ブッシング（１１０）を有するモジュールハウジング（２０）と、
   前記電気ブッシング（１７０）に接続されている少なくとも１つの電気アセンブリー（６）と、
   前記光ブッシング（１１０）に接続されている少なくとも１つの光アセンブリー（５０）を備え、
   前記電気アセンブリーおよび前記光アセンブリーは、前記モジュールハウジング（２０）内に配置されており、
   前記光アセンブリーおよび前記電気アセンブリーは、少なくとも１つの光インターフェースを介して互いに接続されており、
   前記電気アセンブリーは、前記光アセンブリーの光出力信号を電気信号に変換するための少なくとも１つのフォトダイオードを有しており、
   前記光アセンブリーは、少なくとも１つのコリメーター（８０）を有し、また、出力側において、互いに平行に進行する平行電磁光線により構成される少なくとも１つのビームを、光インターフェースとしての自由放射接続（１８０）を介して前記電気アセンブリーに送信し、
   前記電気アセンブリーは、前記自由放射接続を介して前記光アセンブリーからのビームを受信し、
   前記光アセンブリーは、入力側に存在する位相変調された光信号を、互いに直交する２つの振幅変調された光信号（ＳＰ１，ＳＰ２）により構成される少なくとも１つの信号対に変換する光復調装置（９０）を有しており、
   前記光アセンブリーは、前記少なくとも２つの直交する振幅変調された光信号を、それぞれ別々のビームによって前記電気アセンブリーに送信することを特徴とする検出モジュール。
2. 請求項１に記載の検出モジュールであって、
   前記コリメーターは、入力側において、前記光ブッシングを通って配設されている光ウェーブガイド（１００）に接続されていることを特徴とする検出モジュール。
3. 請求項１または２に記載の検出モジュールであって、
   前記電気アセンブリーは、前記フォトダイオードに割り当てられている増幅器を有していることを特徴とする検出モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の検出モジュールであって、
   前記フォトダイオードは、個々の別々のフォトダイオードまたはフォトダイオードアレイ（１３０）によって形成されており、
   前記割り当てられた増幅器は、個々の別々の増幅器または増幅器アレイによって形成されていることを特徴とする検出モジュール。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の検出モジュールであって、
   前記電気アセンブリーは、全体または部分的にＲＦ最適化された導体通路により構成されている少なくとも１つの導体通路キャリア（６２０）を有しており、前記フォトダイオードに対する電気接続は、前記導体通路キャリアの上部側に位置づけられていることを特徴とする検出モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の検出モジュールであって、
   前記電気アセンブリーは、前記モジュールハウジングの内側に完全または部分的に配置され、また、前記電気ブッシングに接続されていることを特徴とする検出モジュール。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の検出モジュールであって、
   前記電気アセンブリーを形成する構成要素の少なくとも１つは、前記アセンブリーが、前記モジュールハウジング内への挿入時に、前記電気ブッシングに対して一列に整列されることのみが必要とされるように構成されていることを特徴とする検出モジュール。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の検出モジュールであって、
   前記光アセンブリーは、前記光アセンブリーの残りの構成要素が配置されているキャリア（７０）を有していることを特徴とする検出モジュール。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の検出モジュールであって、
   前記光アセンブリーは、少なくとも１つの機械的、電気的、電熱的および／または電気機械的なアクチュエータを有していることを特徴とする検出モジュール。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の検出モジュールであって、
    前記電気アセンブリーおよび前記光アセンブリーは、アセンブリーの上部側が同じ方向を向くように、互いに向きを合わせられていることを特徴とする検出モジュール。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の検出モジュールであって、
    前記電気アセンブリーは、前記電気アセンブリーの前記光自由放射接続の高さレベルと前記モジュールハウジングの前記電気ブッシングとの間の高さ補償を確立または貢献するように、前記モジュールハウジングのベースの平面に対して傾斜している少なくとも１つの導体通路キャリア（６２０）を有していることを特徴とする検出モジュール。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の検出モジュールであって、
    前記電気アセンブリーの構成要素は、前記電気アセンブリーの前記光自由放射接続の高さレベルと前記モジュールハウジングの前記電気ブッシングとの間の高さ補償を確立または貢献するように、高さが段階的に変化する方法で配置されていることを特徴とする検出モジュール。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の検出モジュールであって、
    前記電気アセンブリーおよび前記光アセンブリーは、アセンブリーの上部側が反対方向を向くように、互いに向きを合わせられていることを特徴とする検出モジュール。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の検出モジュールであって、
    前記電気アセンブリーは、前記フォトダイオードで前記光アセンブリーから受信したビームに焦点を合わせる少なくとも１つのレンズを有していることを特徴とする検出モジュール。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の検出モジュールであって、
    前記電気アセンブリーと前記光アセンブリーとの間には、それぞれのビームを有する少なくとも２つの平行な自由放射接続が存在し、
    前記電気アセンブリーは、割り当てられたフォトダイオードのビームに焦点を合わせるための少なくとも２つのレンズにより構成されている1片のレンズアレイ（１９０）を有していることを特徴とする検出モジュール。
    

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