JP6524079B2 - 光送受信器 - Google Patents

Description

この発明は、自身のグランドがシグナルグランドと一体である光部品を備えた光送受信器において、ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）対策を行った光送受信器に関するものである。

光送受信器（光トランシーバ）は、光通信に用いられ、電気を光に変換するインタフェースである。従来、光送受信器には、ボックスタイプのＥＭＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）素子を有する光部品が設けられている。そして、光部品のＥＭＬ素子には、光送受信器の基板がＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）を介して接続されている。

このような光送受信器では、基板から発生したノイズがＦＰＣを基点にして筐体内に放射されるため、このノイズの外部への放射を抑制する必要がある。
特に、伝送速度が１０Ｇｂｐｓの１０ＧＥＰＯＮに対応した光送受信器では、筐体内に１０ＧＨｚ以上のノイズが発生する。そして、１０ＧＨｚ以上のノイズは、図８に示すように、光送受信器の筐体（導波管）内で減衰されずに通過するため、外部に放射されやすい。なお図８では、図示する導波管（管内幅ａ＝６ｍｍ、管内高さｂ＝１５ｍｍ、全長Ｌ＝１００ｍｍ）内をノイズが伝送する場合の通過特性を示している。

さらに、光送受信器では、光部品の光コネクタに光ファイバが接続されるが、この光コネクタと光ファイバの接続口とがそれぞれ金属で構成されている。この場合、光コネクタに光ファイバを接続すると、光コネクタの金属と光ファイバの接続口の金属とがアンテナのような働きをし、ノイズを外部に放射してしまうという特性がある。

一方、光送受信器では、装置の仕様上、基板側のグランド（シグナルグランド）と、筐体側のグランド（フレームグランド）とを分離する必要がある。それに対し、従来の光送受信器で用いていたボックスタイプのＥＭＬ素子では、ＦＰＣとの接続部分にセラミック基板を設けることで、自身のグランドとシグナルグランドを分離する構成となっている。これにより、シグナルグランドとフレームグランドとを分離することができる。
そして、ボックスタイプのＥＭＬ素子を用いた光送受信器では、ＥＭＩ対策として、光部品及び筐体を導電性ハウジングに物理的（電気的）に直接接触させている（例えば特許文献１参照）。このように、光部品と筐体とを電気的に接地させることで、ＦＰＣからのノイズを筐体側に逃がし、ノイズが外部に放射されることを抑制できる。

米国特許ＵＳ８２６７５９９Ｂ２

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
一方、上記のような光送受信器では、伝送速度の高速化に伴い、コストの低減が求められている。そこで、ボックスタイプのＥＭＬ素子に代えて、より安価なＣＡＮタイプのＥＭＬ素子を用いることが検討されている。しかしながら、現状のＣＡＮタイプのＥＭＬ素子では、表面が金属で覆われ、また、ボックスタイプのようなセラミック基板は設けられていない。そのため、ＥＭＩ対策として、従来のように光部品と光送受信器の筐体とを電気的に接地してしまうと、光部品を介してシグナルグランドとフレームグランドとが一体となってしまい、装置の仕様違反となってしまう。よって、従来のようなＥＭＩ対策を行うことができないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、自身のグランドがシグナルグランドと一体である光部品を用いた光送受信器において、シグナルグランドとフレームグランドとを分離し、かつＥＭＩ特性を得ることができる光送受信器を提供することを目的としている。

この発明に係る光送受信器は、表面が金属で覆われレーザダイオードを内蔵した素子、及び当該素子が側面に設けられた本体部を有し、素子が基板と接続されることにより自身の表面のグランドが基板側のシグナルグランドと一体となる光部品と、基板及び光部品を収納した筐体と、光部品の本体部及び素子の上に載せられ、当該光部品に電気的に接続された導電体と、筐体の上面内壁に沿うように導電体と当該筐体との間に幅広面が配置され、シグナルグランドと当該筐体側のフレームグランドとを分離するシート状の絶縁体とを備え、光部品と筐体との間に導電体及び絶縁体を配置したものである。

また、この発明に係る光送受信器は、筐体に収納され、自身の表面のグランドがシグナルグランドと一体である光部品を備えた光送受信器において、光部品の一つの面を覆い、当該光部品に電気的に接続された導電体と、導電体と筐体との間に主面が当該筐体内壁に沿うように配置され、シグナルグランドと当該筐体側のフレームグランドとを分離するシート状の電波吸収体とを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、自身のグランドがシグナルグランドと一体である光部品を用いた光送受信器において、シグナルグランドとフレームグランドとを分離し、かつＥＭＩ特性を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る光送受信器の構成を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る光送受信器の構成を示す側断面図である。 図２のＡ部を示す拡大図である。 この発明の実施の形態１に係る光送受信器の効果を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る光送受信器内の各領域におけるノイズの伝送モードの違いを示す図である。 この発明の実施の形態１に係る光送受信器において、絶縁体の厚みを変えた場合の効果の違いを説明する図である。 この発明の実施の形態３に係る光送受信器の構成を示す分解斜視図であり、光部品の組み立て工程を示す図である。 光送受信器の筐体（導波管）内を通過するノイズの周波数と通過特性との関係を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光送受信器の構成を示す分解斜視図であり、図２は側断面図であり、図３は図２のＡ部を示す拡大図である。
光送受信器は、光通信に用いられ、電気を光に変換するインタフェースである。図１〜３に示すように、光送受信器には、ケース１１及びカバー１２から成る筐体１内に、基板２及び光部品３が収納されている。光部品３は、半導体素子（例えばレーザダイオード等の半導体レーザ素子）を内蔵するＥＭＬ素子３１を有している。そして、光部品３のＥＭＬ素子３１には、基板２がＦＰＣ４を介して接続されている。

なお図の例では、光部品３として、ＥＭＬ素子３１の他に側面に２つのＣＡＮタイプの素子を有するトリプレクサ型のものを用いた場合を示している。また、ＥＭＬ素子３１として、ＣＡＮタイプのものを用いた場合を示している。すなわち、図に示す光部品３では、構造上、自身のグランドと基板２側のシグナルグランドとを分離することができず、一体となっている。

また、光送受信器には、ＥＭＩ対策構造５が設けられている。このＥＭＩ対策構造５は、基板２から発生しＦＰＣ４を基点に放射されるノイズの、外部への放射を抑制するためのものである。このＥＭＩ対策構造５は、導電体５１と、シート状の絶縁体５２とから構成されている。なお図の例では、ノイズが筐体１内の上面側に沿って通過するものとし、筐体１内のうち通過するノイズに最も近い面（筐体１内の上面側）にＥＭＩ対策構造５を設けた場合を示している。

導電体５１は、光部品３に電気的に接続されるものである。図の例では、導電体５１として、筐体１内において光部品３の位置規制（振動抑制）を行うためのガスケット６を利用している。このガスケット６の表面は、ニッケル等によってメッキ処理が施されている。

また、絶縁体５２は、導電体５１と筐体１との間に主面が当該筐体１の内壁に沿うように配置され、シグナルグランドと当該筐体１側のフレームグランドとを分離するシート状の部材である。この絶縁体５２は、例えばポリエステル、ポリイミド等から構成される。また、絶縁体５２の厚みは、筐体１内で発生するノイズ周波数の４分の１波長以下であることが望ましい。

このように、光部品３と筐体１との間に導電体５１とシート状の絶縁体５２を配置することで、筐体１内を通過するノイズに対してフィルタ効果を得ることができる。
図４は本発明の効果を説明する図であり、筐体１内で発生したノイズの周波数と通過特性との関係を示す図である。図４において、破線は光部品３と筐体１との間に本発明のＥＭＩ対策構造５を設けなかった場合を示し、実線は本発明のＥＭＩ対策構造５を設けた場合を示す図である。この図４から、本発明のＥＭＩ対策構造５を設けることで、筐体１内を通過するノイズを抑制できることがわかる。なお、この抑制量は、光送受信器に求められるＥＭＩ特性として十分な量である。その結果、ノイズが外部に放射されることを抑制できる。

また、図５は光送受信器内の各領域（基板２の領域、絶縁体５２の領域、絶縁体５２より先の光部品３の領域）におけるノイズの伝送モードの違いを示す図である。また、図６は絶縁体５２の厚みを変えた場合の効果の違いを説明する図であり、筐体１内で発生したノイズの周波数と通過特性との関係を示す図である。図６において、破線は絶縁体５２の厚みを１ｍｍとした場合を示す図であり、実線は絶縁体５２の厚みを０．１ｍｍとした場合を示す図である。
図５に矢印で示すように、光送受信器内では、各領域でノイズの伝送モードが異なり、その境界で不整合を起こす。そして、絶縁体５２の厚みが薄いほど（筐体１内で発生するノイズ周波数の４分の１波長以下であるほど）不整合の割合が高くなり、図６に示すように良好なフィルタ効果を得ることができる。

また、筐体１の表面にはメッキ処理が施されており、より大きなフィルタ効果を得ることができる。この際、例えばニッケルのような表面抵抗値の大きい材質によりメッキ処理を行うとなおよい。
すなわち、ノイズは、筐体１の表面に形成された表面導体を伝送する。そして、その際のノイズの電流密度は、表面導体の表面では大きく、表面から離れると小さくなる（表皮効果）。また、電流が表面の電流の１／ｅ（約０．３７）倍となる表面導体の断面方向の深さを表皮深さと呼び、表皮深さは√（１／（πσμｆ））［ｍ］で表される。なお、σは表面導体の導電率、μは表面導体の透磁率、ｆはノイズの周波数である。そして、ニッケルは、金、銀、銅等に比べて透磁率が高いため、表皮深さが浅く、ノイズが流れる表面導体の断面積が狭くなるので、ノイズの通過損失が大きくなり、より大きなフィルタ効果を得ることができる。
なお、通常、光送受信器の筐体１の表面にはニッケルによるメッキ処理が施されているため、新たな製造工程及びコストが増えることはない。

以上のように、この実施の形態１によれば、光部品３と筐体１との間に導電体５１とシート状の絶縁体５２を配置するように構成したので、自身のグランドとシグナルグランドが一体である光部品３を有する光送受信器において、シグナルグランドとフレームグランドとを分離し、かつＥＭＩ特性を得ることができる。

また、絶縁体５２の厚みを、筐体１内で発生するノイズ周波数の４分の１波長以下とすることで、より大きなフィルタ効果を得ることができる。
また、筐体１の表面に（特にニッケルのような表面抵抗値の大きい材質により）メッキ処理を施すことで、より大きなフィルタ効果を得ることができる。

また上記の例では、ＥＭＬ素子３１としてＣＡＮタイプのものを用いている。そのため、ボックスタイプのＥＭＬ素子３１を用いた場合に対して、光送受信器をより安価に構成することができる。

なお上記の例では、ＣＡＮタイプのＥＭＬ素子３１を用いた場合に対して、本発明のＥＭＩ対策構造５を適用し、ＥＭＩ特性を得る場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、自身のグランドとシグナルグランドが一体である光部品３を用いたその他の光送受信器に対しても本発明のＥＭＩ対策構造５を適用可能であり、上記と同様の効果を得ることができる。
例えば、トリプレクサ型の光部品３において、ＥＭＬ素子３１がボックスタイプであり当該ＥＭＬ素子３１側で自身のグランドとシグナルグランドとを分離できる場合であっても、他の素子でグランド分離を行えない場合がある。このような場合、従来のＥＭＩ対策ではシグナルグランドとフレームグランドとが一体になってしまうため適用できないが、本発明のＥＭＩ対策構造５は適用可能であり、上記と同様の効果を得ることができる。

また図の例では、３つのＣＡＮタイプの素子を有するトリプレクサ型の光部品３を用いた場合について示した。しかしながら、素子数はこれに限るものではなく、どのようなタイプの光部品３であってもよく、本発明のＥＭＩ対策構造５を適用可能である。

また図の例では、導電体５１（ガスケット６）を１枚の板部材で構成した場合を示した。しかしながら、これに限るものではなく、光部品３の各部での高さの違いに応じて複数に分割した導電体５１を用いるようにしてもよい。

また図の例では、筐体１内のうち、筐体１内を通過するノイズに最も近い面（筐体１内の上面側）にのみＥＭＩ対策構造５を設けた場合について示した。これに対し、筐体１内の他の面に対しても導電体５１及びシート状の絶縁体５２からなるＥＭＩ対策構造５を設けてもよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、光部品３と筐体１との間に導電体５１とシート状の絶縁体５２を配置した場合について示した。それに対し、シート状の絶縁体５２をシート状の電波吸収体５３に置き換えてもよい。なお、電波吸収体５３の厚みは、実施の形態１の絶縁体５２と同様に、筐体１内で発生するノイズ周波数の４分の１波長以下であることが望ましい。このように、絶縁体５２に代えて電波吸収体５３を用いることで、実施の形態１における効果に加え、電波吸収体５３によるノイズ吸収効果も得られるため、さらにＥＭＩ特性が向上する。

実施の形態３．
実施の形態１，２では、光部品３と筐体１との間に導電体５１とシート状の絶縁体５２（又は電波吸収体５３）を配置することで、シグナルグランドとフレームグランドとを分離し、かつＥＭＩ特性を得る構成について示した。それに対し、実施の形態３では、筐体１内で発生したノイズが光部品３の光コネクタ３２から放射されることを防ぐための構成について示す。
図７はこの発明の実施の形態３に係る光送受信器の構成を示す分解斜視図であり、光部品３の組み立て工程を示す図である。なお図７に示す光送受信器において、基板２、ＦＰＣ４及びＥＭＩ対策構造５は実施の形態１，２の構成と同一であり、その図示及び説明は省略する。

図７に示すように、光部品３は、光ファイバ（不図示）が接続される光コネクタ３２を有している。そして、光部品３の本体部と光コネクタ３２との間には、光部品３の本体部と光コネクタ３２とを絶縁する第２の絶縁体３３が設けられている。また、筐体１のケース１１には、光部品３のレセプタクル３４を保持し、光部品３の位置規制を行うためのリブ１３が設けられている。

また、光コネクタ３２のレセプタクル３４には、レセプタクル３４をケース１１のリブ１３に電気的に接続するための導電性の第１の弾性部材３５が巻きつけられている。また、リブ１３に保持されたレセプタクル３４の上側には、リブ１３の両側面を挟んで挿入されることで第１の弾性部材３５を介してレセプタクル３４と電気的に接続される金属部材７が設けられている。また、この金属部材７の上側には、金属部材７と筐体１のカバー１２とを電気的に接続する導電性の第２の弾性部材８が設けられている。
このリブ１３、第１，２の弾性部材３５，８及び金属部材７は、光コネクタ３２のレセプタクル３４と筐体１とを電気的に接続する第２の導電体を構成する。なお図７では、レセプタクル３４と筐体１とを電気的に隙間なく接続するように構成した場合を示しているが、少なくとも４点以上接続されていればよい。

そして、光部品３を筐体１に組み付ける場合には、まず、図７（ａ），（ｂ）に示すように、光部品３をケース１１に収納し、第１の弾性部材３５を介してレセプタクル３４をリブ１３に電気的に接続させる。そして、図７（ｃ）に示すように、金属部材７をリブ１３の両側面を挟んで挿入することで、第１の弾性部材３５を介してレセプタクル３４を金属部材７に電気的に接続させる。そして、図７（ｄ），（ｅ）に示すように、第２の弾性部材８を金属部材７の上に配置してカバー１２を取り付けることで、金属部材７をカバー１２に電気的に接続させる。このようにして、光コネクタ３２のレセプタクル３４と筐体１とを電気的に少なくとも４点以上接続することで、光部品３の光コネクタ３２側に流れたノイズを筐体１側に逃がすことができ、ノイズが外部に放射されることを抑制できる。

以上のように、この実施の形態３によれば、第２の絶縁体３３により光部品３の本体部と光コネクタ３２とを絶縁し、第２の導電体により光コネクタ３２のレセプタクル３４と筐体１とを電気的に少なくとも４点以上接続するように構成したので、実施の形態１，２における効果に加え、筐体１内に発生したノイズが光コネクタ３２から放射されることを防ぐことができる。この実施の形態３の構成は、光部品３の本体部を電気的に筐体１と分離する必要がある場合に有効である。

なお図７の例では、第２の導電体を、リブ１３、第１，２の弾性部材３５，８及び金属部材７から構成する場合について示した。しかしながら、この構成に限るものではなく、第２の導電体は、光コネクタ３２のレセプタクル３４と筐体１とを電気的に隙間なく接続する構成であればよい。

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る光送受信器は、筐体に収納され、自身のグランドがシグナルグランドと一体である光部品を備えており、光部品に電気的に接続された導電体と、導電体と筐体との間に主面が当該筐体内壁に沿うように配置され、シグナルグランドと当該筐体側のフレームグランドとを分離するシート状の絶縁体とを構成したので、ＥＭＩ特性を得ることができ、光通信に好適である。

１ 筐体、２ 基板、３ 光部品、４ ＦＰＣ、５ ＥＭＩ対策構造、６ ガスケット、７ 金属部材、８ 第２の弾性部材、１１ ケース、１２ カバー、１３ リブ、３１ ＥＭＬ素子、３２ 光コネクタ、３３ 第２の絶縁体、３４ レセプタクル、３５ 第１の弾性部材、５１ 導電体、５２ 絶縁体、５３ 電波吸収体。

Claims (4)

1. 表面が金属で覆われレーザダイオードを内蔵した素子、及び当該素子が側面に設けられた本体部を有し、前記素子が基板と接続されることにより自身の表面のグランドが前記基板側のシグナルグランドと一体となる光部品と、
   前記基板及び前記光部品を収納した筐体と、
   前記光部品の前記本体部及び前記素子の上に載せられ、当該光部品に電気的に接続された導電体と、
   前記筐体の上面内壁に沿うように前記導電体と当該筐体との間に幅広面が配置され、前記シグナルグランドと当該筐体側のフレームグランドとを分離するシート状の絶縁体とを備え、
   前記光部品と前記筐体との間に前記導電体及び前記絶縁体を配置した
   ことを特徴とする光送受信器。
2. 前記筐体はメッキ処理が施された
   ことを特徴とする請求項１記載の光送受信器。
3. 前記導電体は、前記筐体内において前記光部品の位置規制を行うガスケットである
   ことを特徴とする請求項１記載の光送受信器。
4. 前記光部品は、光ファイバが接続される光コネクタを有し、
   前記光部品の本体部と前記光コネクタとを絶縁する第２の絶縁体と、
   前記光コネクタのレセプタクルと前記筐体とを電気的に少なくとも４点以上接続する第２の導電体とを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の光送受信器。

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