JP6853298B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光モジュールの構造に関する。より詳細には、光伝送用装置の組み立て、ファイバの実装を助ける機構に関する。

光ネットワークの高速大容量化を実現するため、１００Ｇｂｐｓ超の光伝送を実現する「デジタルコヒーレント光伝送技術」の普及が進んでいる。それに伴って、「デジタルコヒーレントトランシーバ」などのデジタルコヒーレント光伝送用装置の小型化が求められている。光伝送用装置では、複数のチャンネルの光信号処理が可能で、着脱が可能なデジタルコヒーレントトランシーバ（以下、簡単のためトランシーバと言う）の仕様が規定されている。トランシーバの消費電力やサイズは、標準化団体のＯＩＦ（The Optical Internetworking Forum）等によって規格が決定されている。

ＯＩＦ規格によれば、第１世代の１００Ｇｂｐｓトランシーバの幅が８０ｍｍ程度であったものが、次世代の４００Ｇｂｐｓトランシーバでは、２０ｍｍ程度にまで小型化されている（ＣＦＰ８、ＯＳＦＰ規格等）。これに伴い、トランシーバを構成する主な要素の１つである光送受信デバイスにも、１０〜２０ｍｍ角程度のサイズが要求されている。光送受信デバイスは多層配線基板上に光部品や電気部品を搭載したモジュールであって、光変調器やコヒーレント受信機などの光送受信機能を集積化している。光部品は、シリコン、石英、ＩｎＰの１枚の基板上に光集積回路（ＰＩＣ：Photonic Integrated Circuit）として構成されている。例えばシリコン基板上に構成されたＰＩＣ、電気信号ＩＣ、コンデンサなどの電子部品等をセラミック基板上に実装した光送受信デバイスが知られている。以下の説明では、簡単のためトランシーバ内に含まれる上述の光送受信デバイスを光モジュールと言う。

トランシーバは、上述の光モジュールの他に、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）、光源モジュールなどの大型部品を含み、さらにこれらを駆動するための電源ＩＣ、制御ＩＣおよび小型電子部品が含まれる。また、光源モジュール、光モジュール、トランシーバの外部光コネクタ間を接続するためのファイバも実装される。

図８は、次世代の小型トランシーバ１００の内部構成を簡略化して示した図である。図８の（ａ）、（ｂ）いずれもトランシーバの筐体を取り外して、プリント基板１０４を見た上面図であって、比較的大型の部品である、光モジュール１０１、ＤＳＰ１０２、光源モジュール１０３および光コネクタ１０５ａ、１０５ｂが示されている。光モジュール１０１にはファイバブロックなどのファイバ接続部品１０６が接続されており、複数のファイバ１０７−１〜１０７−３が、ファイバ接続部品１０６から出ている。ファイバの数は、トランシーバ１００や光モジュール１０１の機能・構成によって異なり、複数の光モジュールを備える構成では、さらにファイバの数は増える。

図８の（ａ）は、光モジュール１０１の上部にファイバを配置できる場合の構成例を示している。各ファイバの配線は、模式的に示したものであって、例えばファイバ１０７−２、１０７−３と光コネクタ１０５ａ、１０５ｂとの接続作業をするためには余長が必要である。接続後に余長部をトランシーバ内に収納する必要がある。また、ファイバ１０７−１では、光モジュール１０１からのファイバ１０７−１と、光源モジュール１０３からのファイバ１０７−１ａを融着によって接続する必要がある。実際の融着工程では、余長を確保してから、ファイバの損傷などが生じない様に、作業性良く融着を行う必要がある。その後、融着部１０８を含み、余長を持ったファイバ全体を適切にトランシーバ内に収納しなければならない。

図８の（ｂ）は、高さ制限やトランシーバ筐体への放熱の要請などで光モジュールの上部に空間が無く、ファイバを配置できない場合の構成例を示している。この場合、光源モジュールからのファイバ１０７−１、１０７−１ｂ、融着部１０８を、トランシーバ内のさらに狭い空間に収納する必要がある。

特開２０１６−０８２５９０号 明細書 特開２０１７−１９１２４１号 明細書 特開２０１８−１４６８６８号 明細書 特開２０１６−０９９５０８号 明細書

図８に示したトランシーバ内のレイアウトでは比較的大型の部品のみを示しており、他に上記各部品への電源を供給する電源ＩＣ、制御ＩＣ、小型の電子部品に加え、光増幅器や光検出器を備えている場合もある。したがって、図８におけるプリント基板１０４上の右側の空き部分には、実際には多数の部品が高密度に実装されている。最新のＱＳＦＰ-ＤＤ(Quad small form-factor pluggable Double Density)規格のトランシーバは、幅１９ｍｍ、長さ８０ｍｍ程度のサイズであり、図８に示したトランシーバの組立工程では、大部分の部品の自動搭載化も進んでいる。これに伴って、トランシーバ筐体内の狭い空間でファイバの接続作業や余長部の収納を作業性良く行うことが難しくなっている。

トランシーバにおけるファイバの余長処理に関して、特許文献１では、筐体内の切り込み、爪付き部品などの構造物を利用し筐体内空間の全体の隙間を這わせるようにファイバを配置していた。特許文献２では余長ファイバを巻き付けるファイバトレイを、特許文献３ではファイバを巻き付けるボビンをトランシーバ筐体内に備え、組立および収納の作業性を向上させていた。特許文献４でも、筐体（ハウジング）内の爪部や切込み構造を利用して筐体内部にファイバを展開し、カバーなどの補助的な機構部品出も利用してファイバを収納していた。

しかしながら、図８の（ａ）および（ｂ）に示したようなＱＳＦＰ-ＤＤタイプのトランシーバでは実装面積および作業性の点も、これらの従来技術の構成を適用するのは現実的でない。ＱＳＦＰ-ＤＤタイプのトランシーバでは、プリント基板１０４の周辺ぎりぎりまで、ほとんどの部品が自動実装機により搭載され、リフロー工程によって一気にはんだ実装される。その後、ファイバなどの一部のリフロー不可部品を手作業によって実装し、最後にプリント基板１０４の周辺に接する一体の筐体を取り付けて、トランシーバが組み上がる。また、筐体の放熱のためにＤＳＰ１０２や光モジュール１０１とトランシーバの筐体の内面とが接するように構成される。このため、トランシーバの筐体内部に、ファイバの余長部を収納処理するための機構部品を備えたり追加したりできる場所は限られている。トランシーバ内の各部品とファイバとの接続工程を作業性良く安全に行い、また接続後に余長部を含むファイバを筐体内に適切に収納するための、ファイバ収納機構が望まれている。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高密度実装されたトラシーバ内部でファイバの余長処理をする機構を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の１つの態様は、光モジュールにおいて、光部品および電気部品を搭載した基板と、前記基板を覆うリッドであって、少なくとも一部にファイバの最小曲率半径よりも大きい周面を含み、当該周面に沿って当該ファイバをガイドし、前記ファイバの方向を転換する単一の折返し部、および、当該リッドの上面において前記ファイバが出入りする位置を決定する位置決め部を有する、リッドとを備え、前記位置決め部は、前記リッドの少なくとも１つの辺の近傍に配置された複数の位置決め要素を含み、前記リッドの上面において前記ファイバは前記複数の位置決め要素で形成される隙間を通り出入りし、前記折返し部と連携して、前記ファイバを前記リッドの前記上面で制限することを特徴とする光モジュールであり得る。

上述の光モジュールで、前記ファイバが前記上面に入る前記隙間と、前記ファイバが前記上面から出る前記隙間とは異なることができる。

好ましくは、前記折返し部および前記位置決め部は、同一高さの上面を持つことができる。

本発明の別の態様は、前記リッドの角に形成され、前記折返し部および前記位置決め部と同一高さの上面を持ち、前記折返し部とともに、前記リッドの前記上面で前記ファイバの位置を制限する支持部をさらに備えることができる。

好ましくは、前記支持部の前記上面は、前記光モジュールを搭載する装置の筐体の内面と、熱的および電気的に接触するよう構成される。

前記折返し部および前記位置決め部の上面は、前記光モジュールを搭載する装置の筐体の内面と接触するよう構成され得る。

前記光モジュールは、デジタルコヒーレント受信器および送信器を含むことができる。

前記ファイバは、前記光モジュールの内部に接続された１本以上のファイバであって、前記１本以上のファイバの少なくとも１本以上が、前記折返し部によって方向を転換され得る。

以上説明したように本発明の光モジュールにより、トラシーバ内でファイバ余長部を作業性よく処理し、コンパクトに収納することができる。

本発明の光モジュールのガイド機構の構成を示す図である。 本発明の光モジュールの別のガイド機構の構成を示す図である。 図２の上面図および側面図を光モジュール内部も含めて示した図である。 トランシーバにおける光モジュールの搭載例を示した図である。 トランシーバにおける光モジュールの別の搭載例を示した図である。 トランシーバにおける光モジュールのさらに別の搭載例を示した図である。 ガイド機構における位置決め部の様々な変形例を示した図である。 次世代の小型トランシーバの内部構成を簡略化して示した図である。

本発明は、トランシーバなどの光伝送装置に搭載される光モジュールの新規な構造を提供する。本発明の光モジュールは、基板上を覆うリッドの上面に、ファイバを導くガイド機構（ガイド構造）を有する。ガイド機構は、少なくとも一部に周面を含み、この周面に沿ってリッドの上面領域の上でファイバを整え、ファイバの方向を転換する折返し部を有する。さらにガイド機構は、リッドの上面の領域からファイバが出入りする位置を決定する位置決め部を有する。この光モジュールのガイド機構は、トランシーバ内に光モジュールが搭載されたときに、トランシーバ筐体と、折返し部および位置決め部とが、ファイバを一定の空間内に制限可能な構造を提供する。折返し部は、リッドの上面でファイバを周面に沿って最小曲率半径以上の状態に維持しながら、トランシーバ筐体内の一定の領域内に制限し保持する。位置決め部は１つ以上の位置決め要素からなり、トランシーバ内の部品レイアウトに応じて、使用する位置決め要素を選択できる。ガイド機構は、光モジュールのリッドの上面を加工するだけで実現可能である。光モジュールのリッドは、トランシーバの筐体の内面と、熱的および電気的に接続可能な支持部をさらに備えることもできる。

本発明の光モジュールは、デジタルコヒーレント受信器および送信器を含む光送受信デバイスであり得る。上述のファイバのガイド機構は、光モジュールと一体化されており、ファイバの余長部を処理するための機構部品をトランシーバ内に追加することなく、トランシーバの筐体内で余長部を含むファイバを取り回し、収納できる。位置決め要素のいずれかを選択して、トランシーバの部品レイアウト設計に応じて、ファイバを取り回し収納するルート・方法を選択できる。さらにガイド機構および支持部により、光モジュール内の光部品・電子部品が、トランシーバの筐体と熱的、電気的に接するよう構成できる。本発明の光モジュールは、高密度に実装されたトランシーバの限られた筐体容量を有効活用し、トランシーバの部品レイアウト設計に応じた柔軟なファイバ余長処理の仕組みを提供する。

以下、詳細な実施例とともに、本発明の光モジュールの構成およびトランシーバにおける光モジュールの利用形態について説明する。

[光モジュールの構成]
図１は、本発明の光モジュールの外観を示す図である。図１の（ａ）は光モジュール１の全体を基板面に垂直に見た上面図であり、（ｂ）および（ｃ）は異なる２つの方向から見た側面図である。図示していないが、光モジュール１は多層配線基板上に光部品や電気部品を搭載したモジュールであって、例えば光変調器やコヒーレント受信機などの光送受信機能を集積化している。光部品は、シリコン、石英、ＩｎＰの１枚の基板上にＰＩＣとして構成されている。具体的には、光モジュール１は、シリコン基板上に構成されたＰＩＣ、電気信号ＩＣ、コンデンサなどの電子部品等をセラミック基板上に実装した光送受信デバイスであり得る。

光モジュール１は、基板４の全面を覆うようにリッド２を備えている。リッド２は、例えば金属、セラミック、樹脂、またそれらを組み合わせたハイブリッド材料によってできており、基板上に実装されたＰＩＣ、電気信号ＩＣなどを保護する機能を持つ。リッド２の周囲の壁構造を基板４の周囲と密着するよう構成することによって、基板上の部品が気密シールされる場合もある。リッド２の内部は、図３で後述するように空間があり、基板４の周辺部のリッド側壁以外にもリッドの内部に空間を隔てる壁を持つことで、リッド２内に２つ以上の空間を含むこともある。また、基板４上のＰＩＣまたは電気信号ＩＣの上面とリッド２の内側の面とが、機械的、電気的、熱的に接触することができる。

光モジュール１は、リッド２の上面に円柱状の折返し部３を有している。折返し部３は、後述するように光モジュール１がトランシーバ内に搭載されるときに、図面の右側からリッド２の上面領域にファイバを導き、折返し部３の円柱の周面に沿ってファイバを取り回して、ファイバの形状を整え、ファイバの方向を転換する。方向転換されたファイバを、再びリッド２の上面領域の外部へ導く。光モジュール１のリッド２は、ファイバが出入りするリッド上面の少なくとも一辺の近傍に位置決め部５を有する。位置決め部５は、１つ以上の位置決め要素からなり、ファイバが出入りする位置を決定する。図１に示した位置決め部５の例では、複数の位置決め要素の各々は、側面を底面に垂直に切断した円柱形状を有しており、切断面とリッド２の辺が一致している。位置決め要素の側面（曲面）に沿って、または／および、２つの位置決め要素間にファイバを通して、折返し部３と連携してリッド２の上面の上でファイバの位置決めがなされる。位置決め部５における位置決め要素の数、配置などは、図１に示した構成だけに限られず、図７でさらに説明するように様々なバリエーションが可能である。

折返し部３は、その周面に沿ってファイバが位置するようにファイバをガイドし、使用するファイバの最小曲率半径よりも大きい周面を持つものであれば良い。したがって円柱状でも良いし、底面が楕円の柱体でも良い。また、次に図２で述べるように円柱を底面に垂直に切断した形状でも良い。側面を切断した円柱である場合は、リッド上面領域に出入りするファイバが切断面の両端に接触しないように曲面の配置は決められる。そのため、ファイバは折り返し部で緩やかに方向転換される。このように、折返し部３および位置決め部５は、連携して、余長処理を行うファイバのリッド上面での収納位置、および、ファイバの全体形状を一定のゆとり、がたつき（許容差）を持って決定するガイド機構として機能する。すなわち、折返し部３および位置決め部５は、リッド２の上面領域の外から位置決め部５の位置決め要素の近傍にファイバを通し、折返し部３の周面に沿うように滑らかにファイバの形を整えながらファイバを誘導して、再び別の位置決め要素の近傍を通すようにファイバをガイドする。

折返し部３は、リッドの上面に接する底面から上方に向かって、その面積が広がる円柱円錐台形状でも良い。このとき、折返し部３の垂直方向の断面は、上辺が長い台形となっており、ファイバが折返し部３を周回する際に、折返し部３の上方に広がる側面がファイバの上方への飛び出しを防止する。このため、本発明の光モジュールをトランシーバへ搭載した時に、ファイバの余長部の取り扱いが易しくなり、ガイド機構を利用時の作業性が向上する。

後述するように、トランシーバなどの装置組み立て工程では、トランシーバ内でファイバを融着したり光接続部品と接続したりする。したがって、ファイバが折れ曲がったり、不要なストレス掛かったりしないようにファイバに余長を持って作業を行うことが必要である。リッド２の上面領域はこのファイバの余長部分を収納する機能を担っている。本発明の光モジュールにおけるファイバの位置決めも、一定の場所にファイバが堅固に固定される状態だけでなく、一定の許容範囲内でファイバ位置をずらすことができるようにマージンを持って位置決めされることも含む点に留意されたい。

ファイバへの不要なストレスを避けるため、位置決め部５が配置されるリッド２の上面の辺部に対して、面取り構造を付けても良い。すなわち、図１の（ａ）で位置決め要素が並んでいるリッドの上面と側面との成す一辺の角（かど）に対して、面取り構を備えれば、リッド上面領域から光モジュールが実装されるトランシーバの基板に向かってファイバが引き回される場合でも、ファイバの損傷を避けることができる。同じ理由で、折返し部３から位置決め部５が配置される辺に向かって、リッドの上面を傾斜させることもできる。リッドの上面を位置決め部５の配置される辺に向かって傾斜させることで、上面と側面との成す一辺の角に接触することなく、リッドより下方側にあるトランシーバの基板に向かってストレスなくファイバを導くことができる。

リッド２は金属によって作製される場合もあり、リッド２からトランシーバの基板に向かってファイバが引き回される場合、ファイバ位置は垂直方向に変化する。リッド２に鋭角な部分、例えば削り出した金属の端部などがあると、ファイバが振動等で擦れて損傷する恐れがある。上述のように、リッドの上面を傾斜させ、リッド上で垂直方向の高さに変化を与えることでリッド端部に触れにくくする効果がある。

上述のように、本発明の光モジュールの位置決め部５は、ファイバがリッド上面の領域に入る位置および出る位置を規定する。同時に、折返し部３は、リッドの上面でファイバをガイドしながら滑らかにファイバを方向転換して、リッド上のファイバのルートを決める。このファイバの収納ルートは、一定の許容範囲内で、ゆとり、がたつきを持った状態も含む。位置決め部５は、位置決め要素のいずれかを使用することで、ファイバがリッド上面の領域に入る位置および出る位置を、最小曲率を越えてファイバが損傷などしない範囲で任意に規定できる。図１の（ａ）では位置決め部５の位置決め要素が、リッド２の上面の右縁に接するように配置されているが、縁から離れてより内部側に配置されていても良い。また、複数ある位置決め要素の各々の形状は、ファイバと直接に接する部分が周面であるのが好ましい。したがって、位置決め要素は円柱状のものが最も簡単な構造である。

図７は、本発明の光モジュールのガイド機構における位置決め部の様々な変形例を示した図である。図７の（ａ）は、図１のガイド機構におけるファイバの位置決めの様子を示している。図７の（ａ）では、リッド２の上面の右辺の一辺に接して並んだ複数の位置決め要素があり、位置決め要素５−１の脇を通ってファイバ２０がリッド２の上面領域に入る。折返し部３の周面に沿ってファイバ２０が折り返され、別の位置決め要素５−２の脇を通って、リッドの上面領域の外に出る。図７の（ａ）では、ファイバ２０が折返し部３の周面に沿って複数回巻かれた状態となり、さらに位置決め要素５−２の脇を通る例を示している。しかしながら、周面を周回しないで直ちにファイバを方向転換し、リッド２の上面領域から出るように利用しても良い。光モジュールをファイバの到来方向から見れば、折返し部３によって、ファイバ２０が概ねＵターンするように方向転換されリッド２の上面でファイバがガイドされていることが理解できる。また、図７の（ａ）の例では、ファイバ２０は位置決め要素５−１には接していないが、位置決め要素５−１の周面に接触し、ファイバ２０の方向を転換する場合もある。

図７の（ｂ）は、別の構成の位置決め部によって、ファイバをガイドする様子を示している。図７の（ｂ）では、リッド２の上面領域の３つの辺に位置決め部５があり、それぞれの辺の位置決め要素の形状が異なっている。ファイバ２０は、光モジュールの外部からリッド２の右辺の位置決め要素５−３の脇を通ってリッド２の上面領域に入る。円柱状の折返し部３の周面に沿ってファイバ２０が折り返され、ファイバが入った辺とは異なる下の辺の別の位置決め要素５−４の脇を通って、リッド２の上面領域の外に出る。ファイバ２０は、光モジュールに入った方向に対して概ね直交する向きに方向転換されるようにリッド２の上面でガイドされ、位置決めされる。図７の（ｂ）の位置決め部５の構成によれば、リッド２の上辺の位置決め要素５−５から図面の上向きにファイバ２０をリッド２の上面領域から出すこともできるのは明らかである。したがって、折返し部３および位置決め部５が連携して、リッド２の上面領域に入った辺とは異なる辺からファイバを出すように方向を転換することが可能である。ガイド機構は、同一高さの上面を持つことが好ましい。すなわち、折返し部３および位置決め部５が同一高さの上面を持つことで、光モジュールが搭載されるトランシーバの筐体の内面と接することができる。これによって、ファイバを収納する空間が形成され、トランシーバ内でファイバが保持される。トランシーバにおける本発明の光モジュールの利用形態の詳細は、図４〜図６とともにファイバの余長処理手順と合わせて後述する。

上述のように、折返し部３および位置決め部５の各位置決め要素の配置および形状には様々なものが可能であることが理解されるだろう。本発明の光モジュールが搭載されるトランシーバの部品レイアウト構成に応じて、位置決め部５内で使用する位置決め要素を決めたり、トランシーバ内で使用されるファイバ実装位置、実装形態に適した位置決め部５の配置、形状を決定したりできる。したがって、光モジュールのユーザが、トランシーバの設計に応じて、ファイバの収納形態を選択できるため、折返し部３および位置決め部５を利用して、柔軟にファイバをガイドし、方向転換が可能となる。

図２は、本発明の光モジュールの別のガイド機構の構成を示す図である。図２の（ａ）は光モジュール１０の上面図、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ異なる方向から見た側面図である。図１の光モジュール１と比べると、光モジュール１０は、円柱の一部を底面に垂直に切り出した形状の折返し部３−２を備え、さらにリッド２の角に配置された三角柱状の２つの支持部６ａ、６ｂを備えている点で相違する。位置決め部５は図１の構成と同様であって、位置決め要素の１つの脇を通してファイバがリッド２の上面領域に入る。折返し部３−２の周面に沿ってファイバがガイドされ方向転換され、別の位置決め要素の脇を通して、リッド２の上面領域の外に出るよう構成されている。円柱の一部を底面に垂直に切り出した半円状の折返し部３−２でも、図１の場合と同様に、ファイバは方向転換されてＵターンされている。

図２の光モジュールの構成では、折返し部３−２および位置決め部５と同一高さの上面を持ち、折返し部３−２とともに、リッド２の上面領域でファイバの位置を制限する支持部６ａ、６ｂをさらに備えている。支持部６ａ、６ｂは、折返し部３−２とともに、リッド２の上面領域でファイバをこれらの間の範囲内に制限するように機能する。そのため、折返し部３−２に対向する支持部６ａ、６ｂの面は折返し部３−２の周面と平行な曲面（例えば、円弧状）であっても良い。ファイバ位置の制限については、トランシーバにおける光モジュールの利用形態および組立工程とともに、後述する。支持部６ａ、６ｂは、折返し部３−２および位置決め部５と同一高さの上面を持つことで、光モジュール１０が搭載されるトランシーバの筐体の内面と接することができる。これによって、トランシーバの筐体の内面と電気的、熱的に接続することができる。さらに、折返し部３−２および位置決め部５と全体で構造上のバランスをとることで、リッド２の強度を補強するようにも働く。

図３は、図２の（ａ）の光モジュールの上面図および（ｂ）の側面を見た断面図を内部状態も含めて示した図である。図３の（ａ）は上面図であって、光モジュール内部の基板４上に実装された光集積回路（ＰＩＣ）７−２と電気信号ＩＣ７−１が点線で示されている。図３の（ｂ）は、IIIＢ−IIIＢ´線で基板面に垂直に切った断面図であって、２つのチップは、リッド２の内部の仕切りによって形成された空間領域８−１、８−２内にそれぞれ実装されている。またリッド２は、放熱のために２つのチップがリッド２の内面に接するように構成されている。このような構成の光モジュールでは、外部からリッド２へのストレスが、光集積回路チップ７−２への応力となって、光学特性の変化を生じさせ得る。さらに、過大なストレスが掛かればチップ自体を損傷する場合もある。

図２に示したようなリッドの角に支持部６ａ、６ｂを備えた構成によって、光モジュールをトランシーバに搭載したとき、トランシーバの筐体から光モジュールの全体にストレスが掛かっても、リッド２を補強するよう働く。電気的接続、熱的接続も同時に改善することができる。このような支持構造は、図２に示した支持部６ａ、６ｂのようにリッドの角だけでなく、ファイバを方向転換する必要のない辺に沿って構成することもできる。リッド２の上面領域で、リッド２の中央部に位置する折返し部３−２および支持構造は、ファイバをこれらの間の範囲に制限するように機能し、リッド２の強度の補強ならびに電気的接続および熱的接続の改善を実現できる。

以上述べたように、本発明の光モジュールは、光部品および電気部品を搭載した基板４と、前記基板を覆うリッド２であって、当該リッドの上面に、少なくとも一部に周面を含み、当該周面に沿ってファイバをガイドし、前記ファイバの方向を転換する折返し部３、および、前記ファイバが出入りする位置を決定する位置決め部５を有する、リッドとを備えたものとして実施できる。

[光トランシーバの構成]
以下では、本発明の光モジュールがトランシーバに搭載された状態でどのように利用され、ファイバの余長部の処理および収納が成されるかについて説明する。いずれもＱＳＦＰ-ＤＤ（Quad Small Form-factor Pluggable-Double Density）タイプのトランシーバを例として説明するが、本発明の光モジュールは、光モジュールの上面と、トランシーバの筐体の内面とを接続する装置構成に適している。以下の説明では、光モジュールのファイバ接続部品から３本のファイバが出ている例を示しているが、光ファイバの数はこれに限定されない。またトランシーバの内部で使用される接続ファイバをガイドし保持するのにも本発明の光モジュールを利用可能である。本発明の光モジュールのガイド機構は、トランシーバの組立工程で光モジュールに接続されないファイバも余長処理し、収納するのに利用できることに留意されたい。

図４は、トランシーバにおける本発明の光モジュールの搭載例を示した図である。図４の（ａ）は筐体を取り外した状態でトランシーバ２００の内部を基板１０４に垂直に見た上面図を、（ｂ）は側面図を示している。トランシーバ２００の構成は、図８で説明したＱＳＦＰ-ＤＤ規格のものと同じなので、本発明の光モジュール１０１のガイド機構に関連する部分を中心に説明する。図４の（ｂ）の断面図からわかるように、ＤＳＰ１０２、光モジュール１０１は、ボールグリッドアレイ１１０によって、リフロー工程で基板１０４上に実装される。したがって、ほとんどの部品が自動搭載され、リフロー工程によって一気にはんだ接続される点に留意されたい。

以下説明をする図４〜図６のトランシーバでは、組立時に光ファイバに関する作業として、まず光モジュールのファイバを他の光源モジュールなどのファイバと融着する場合がある。また、いずれかのファイバにレセプタクルの取りつけ作業を行い、このレセプタクルをトランシーバに筐体実装できるようアダプタ等に組上げる場合も考えられる。したがって、トランシーバに搭載する部品の形態によって、様々なファイバの余長処理があり、以下の説明は、本発明の光モジュールのガイド機構を利用する方法の一例に過ぎないことに留意されたい。

光モジュール１０１では、光ファイバブロックなどのファイバ接続部品１０６から３本のファイバ１０７−１〜１０７−３が出ている。光モジュール１０１の送受信機能の詳細についは述べないが、１本のファイバ１０７−２は、送信用の光コネクタ１０５ａに接続され、もう１本のファイバ１０７−３は、受信用の光コネクタ１０５ｂに接続される。ファイバ１０７−１は、以下に述べる工程によって、光源モジュール１０３のファイバ１０７−１ａ〜１０７−１ｃと融着接続され、本発明の光モジュール１０１のガイド機構を利用して、トランシーバ２００内に収納される。

光源モジュール１０３は、後述するように１０７−１ａ、１０７−１ｂ、１０７−１ｃと符号を付した部分からなる１本の連続したファイバを備えており、光源モジュールの様々な用途に対応できるよう、ファイバは十分な長さを持っている。トランシーバのレイアウト構成に応じて、光源モジュール１０３のファイバは適切な長さに調節されて、光モジュール１０１からのファイバ１０７−１と融着により接続される。融着作業の作業性向上のためには、融着される２つのファイバの少なくとも一方のファイバには十分な余長が必要である。

図４のトランシーバ２００の構成例の場合は、光源モジュール１０３のファイバに十分な余長を持たせている。融着作業中に、または融着作業の前後のいずれかの時点で、光モジュール１０１のリッド２上の折返し部３に、ファイバの余長部分を巻かれた状態で配置することができる。この際、ファイバの余長部分は折返し部３に緩く保持されているので、弾性のためにファイバが暴れることも、融着作業中にファイバの位置合わせが阻害されることも無い。融着後は、折返し部３と位置決め部５とを連携させて、ファイバの張り具合を調整する。具体的には、まず位置決め部５の内のトランシーバのレイアウトに適したいずれかの位置決め要素を使って、光モジュール１０１のリッド上にファイバをガイドする。次に、余長部分が巻かれた状態にファイバの全体形状を整え、テープや接着材などによってリッド上または、トランシーバの内部のいずれかの場所で余長部分を仮固定する。

ファイバ余長部の整形や折返し部３へファイバを配置する手順は、トランシーバ全体の組立工程や、利用できる製造冶具などに応じて、適宜設定が可能である。一例として、融着作業を実施後に、巻かれた状態のファイバの余長部分を折返し部３にセットする場合を説明する。まず、予め所定の径となるよう専用の冶具を使って余長部を含む光源モジュール１０３のファイバを、巻かれた状態に仮整形し、仮固定をする。この仮固定の状態で、光モジュールのファイバ１０７−１との融着作業を行う。融着作業の完了後、折返し部３および位置決め部５によって、光源モジュール１０３からのファイバをガイドし、ファイバをリッド２の上面領域上に配置する。光源モジュール１０３のファイバは、リッド上面領域までの部分１０７−１ｃ、リッド上面領域上で整形された部分１０７−１ｂ、リッド上面領域を出て融着部１０９に至る部分１０７１−ａに配置され、余長処理される。

上述のファイバを仮整形する径と、折返し部３の周面の径を適切に設定すれば、折返し部３上にファイバをセットしたときにファイバの弾性によって自然に径が緩むようにできる。この時、ファイバを適切な位置決め部５によってガイドすることによって、ファイバが緩み過ぎることもない。このような手順は一例であって、融着作業の前に、余長ファイバを緩めに巻かれた状態で折返し部３にセットしておいても良い。本発明の光モジュールのガイド機構により、様々な方法、手順を用いて、図４の（ａ）のように余長部を持つファイバを収納できる。本発明の光モジュールのガイド機構により、ファイバに損傷などを与えずに、トランシーバ内で無駄な余長部分をコンパクトに整えて、作業性良く一連の余長処理および収納作業を実施できる。また図２に示した支持部６ａ、６ｂがあれば、ファイバを折返し部３に配置する際に緩みが生じ径が広がっても、折返し部３−２とともに、リッドの上面領域の一定の範囲内にファイバを閉じ込められる。このため、余長ファイバがトランシーバの筐体実装工程を阻害することも無い。

上述の余長処理によってファイバ１０７−１が基板内部に収納された後、トランシーバ２００の筐体を基板１０４の上に実装する。尚、上述の余長処理後に、例えば光モジュールの上面を覆うように、折り返し部、位置決め部、支持部上にシートを貼り、シートとリッドとの間にファイバの整形された部分１０７−１ｂを挟み込んでからトランシーバ２００の筐体を基板１０４の上に実装しても良い。この場合このシートを貼ることによって、ファイバの整形された部分１０７−１ｂはリッド上面からはみ出すことがなく、トランシーバ２００の筐体の実装が容易となる。

トランシーバ２００の筐体が基板１０４の上に実装されたとき、トランシーバ２００の筐体の内面と、光モジュール１０１の折返し部３および位置決め部５の上面とが接することで、リッド２の上面と筐体の内面と間にファイバを制限・保持する空間が構成される。図２に示した支持部６ａ、６ｂを備えていれば、折返し部３−２と支持部６ａ、６ｂとの間に形成される一定の空間内にファイバの移動範囲を制限できる。折返し部３の周面はいわばストッパの役割を果たし、トランシーバ内でファイバが予期しない場所に移動したり、外力や振動で損傷したりするのを防ぐことができる。同様に、位置決め部５も自身の配列方向に対し、ファイバの自由移動を制約する役割を果たしている。ＱＳＦＰ-ＤＤタイプのトランシーバでは、使用される被覆なしのファイバの径は１２０μｍ程度なので、光モジュール１０１の折返し部３および位置決め部５の高さを２００〜５００μｍ程度にできる。このように、ファイバ径の２〜４倍程度の空間が確保できれば、ファイバに過度なストレスを与えずに、光モジュールの上面領域に余長ファイバをガイドし、収納することができる。

光モジュール内の部品間で高さの違いがあり、リッドの厚さを一様にできない場合がある。このような状況ではリッドの一部が肉薄となり、リッドの成形上の問題などによって、リッドの上面が閉じた状態とできないこともある。このような場合、図１におけるリッドの上面の一部に空いた部分があっても良い。リッド２の上面の一部が開いた状態とすることよって、折返し部３および位置決め部５の高さを確保することができる。

本発明の光モジュールのガイド機構を利用することで、光モジュール１０１のファイバ１０７−１と、光源モジュール１０３のファイバとを作業性良く融着することができ、余長ファイバをコンパクトに処理して、トランシーバ筐体内に収納できる。図４では、折返し部３の周面に複数回ファイバが巻かれた状態の例を示したが、全周に巻き付けずに折返し部３によってファイバがＵターンするようガイドされて良い。

図５は、トランシーバにおける本発明の光モジュールの別の搭載例を示した図である。図４のトランシーバ２００のレイアウトと比較すると、トランシーバ３００では、光コネクタ１０５ａ、１０５ｂおよび光源モジュール１０３と、ファイバ接続部品１０６との位置関係が異なっている。これに伴って、トランシーバ３００は、図４のトランシーバ２００とは異なる位置決め要素を使って、ファイバを収納している。光源モジュール１０３からのファイバ１０７−１ｃおよび光モジュール１０１からのファイバ１０７−１を融着により接続しているのは、図４のトランシーバ２００の場合と同じである。レイアウトの違いから、図４のトランシーバではファイバ１０７−１ａでファイバ１０７−１と融着し、図５のトランシーバではファイバ１０７−１ｃで融着している。このように、トランシーバのレイアウトに応じて融着部の位置は自由に選定できる。

図６は、トランシーバにおける本発明の光モジュールのさらに別の搭載例を示した図である。トランシーバ４００は、図４のトランシーバ２００および図５のトランシーバ３００と比べて、光モジュール１０１から出ている３本のファイバ１０７が、折返し部３および位置決め部５によってまとめて収納される点で相違する。また、光コネクタ１０５ａ、１０５ｂは、レセプタクルを取り付けたファイバと接続できるものである。したがって、光コネクタ１０５ａ、１０５ｂに接続されるレセプタクル付きのファイバは、光モジュール１０１からのファイバ１０７−２、１０７−３とそれぞれ融着により接続される。結果としてトランシーバ４００の組立後には、３つの融着部１０９−１〜１０９−３が形成される。

３本のファイバ１０７の内、光源モジュール１０３のファイバ１０７−１と接続されるファイバのみが、光モジュール１０１のガイド機構に入る前に融着されている。光コネクタ１０５ａ、１０５ｂのファイバに接続されることになる２本のファイバは、最終的に光源モジュール１０３からのファイバ１０７−１と並行して、折返し部３によって余長処理される。折返し部３によって、２本のファイバの余長部が処理され、ファイバが付属していた光コネクタ１０５ａ、１０５ｂのファイバと融着される。融着部１０９−２、１０９−３は光源モジュール１０３を挟んだ反対側としても良い。このように、トランシーバのレイアウトや収納するファイバの長さに応じて融着部の位置は自由に選定できる。

上述のように融着作業が３か所あるようなトランシーバ構成の場合でも、融着、余長部の整形、光モジュール１０１への配置などの作業順序を適切に設計することで、本発明の光モジュール１０１の折返し部３および位置決め部５によって、複数のファイバをガイドし、安全に作業性良く余長処理が可能である。３本のファイバを、図６のように巻きあがった状態にガイドし収納するだけでなく、ファイバをＵターンさせるだけでも良いのは言うまでもない。また、ファイバ毎にリッドの上面領域でのファイバの収納態様が異なっていても良い。

図４〜図６でも理解されるように、光モジュールと筐体の内面を、熱的および電気的に接続する場合に、シートやペーストが使用される状況でも、ファイバは、光モジュールのガイド機構（折返し部３および位置決め部５）および支持部６ａ、６ｂにより形成される空間内に収納できる。

本発明の光モジュールでは、従来技術でトランシーバ内に備えられていた余長ファイバをガイドし収納するガイド機構を、光モジュールに上に備えている。またガイド機構は、光モジュールの内部にあるＰＩＣ、電気信号ＩＣと、構造的、電気的、熱的に一体化されている。本光モジュールを搭載するトランシーバの筐体内に、ファイバの収納のための追加的な構造を備える必要がない。本発明の光モジュールは、高密度に実装されたトランシーバの限られた筐体容量を有効活用し、トランシーバの部品レイアウト設計に応じた柔軟なファイバ余長処理の仕組みを提供できる。

本発明は、通信システムに利用することができる。特に、光通信システムのトランシーバに利用できる。

１、１０、１０１ 光モジュール
２ リッド
３、３−２ 折返し部
４、１０４ 基板
５、５−１〜５−５ 位置決め部
６ａ、６ｂ 支持部
７−１ 電気信号ＩＣ
７−２ ＰＩＣ
８−１、８−１ 空間領域
１００、２００、３００、４００ トランシーバ
１０２ ＤＳＰ
１０３ 光源モジュール
１０５ａ、１０５ｂ 光コネクタ
１０６ ファイバ接続部品
２０、１０７、１０７−１〜１０７−３ ファイバ
１０８、１０９、１０９−１〜１０９−３ 融着部
１１０ ボールグリッドアレイ

Claims (6)

1. 光モジュールにおいて、
   光部品および電気部品を搭載した基板と、
   前記基板を覆うリッドであって、
   少なくとも一部にファイバの最小曲率半径よりも大きい周面を含み、当該周面に沿って当該ファイバをガイドし、前記ファイバの方向を転換する単一の折返し部、および、
   当該リッドの上面において前記ファイバが出入りする位置を決定する位置決め部
   を有する、リッドとを備え、
   前記位置決め部は、前記リッドの少なくとも１つの辺の近傍に配置された複数の位置決め要素を含み、前記リッドの上面において前記ファイバは前記複数の位置決め要素で形成される隙間を通り出入りし、前記折返し部と連携して、前記ファイバを前記リッドの前記上面で制限することを特徴とする光モジュール。
2. 前記ファイバが前記上面に入る前記隙間と、前記ファイバが前記上面から出る前記隙間とは異なることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記折返し部と、前記位置決め部は、同一高さの上面を持つことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
4. 前記リッドの角に形成され、前記折返し部および前記位置決め部と同一高さの上面を持ち、前記折返し部とともに、前記リッドの前記上面で前記ファイバの位置を制限する支持部をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
5. 前記折返し部および前記位置決め部の上面は、前記光モジュールを搭載する装置の筐体の内面と接触するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光モジュール。
6. 前記ファイバは、前記光モジュールの内部に接続された１本以上のファイバであって、前記１本以上のファイバの少なくとも１本以上が、前記折返し部によって方向を転換されることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光モジュール。
   ル。

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