JPWO2008111204A1 - 光モジュール - Google Patents

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    • G02B6/3874Connectors using guide surfaces for aligning ferrule ends, e.g. tubes, sleeves, V-grooves, rods, pins, balls using tubes, sleeves to align ferrules

Abstract

光ファイバ102に取り付けられた光コネクタ105が接続されるレセプタクル104を備えた光モジュール101であって、前記レセプタクル104は、鍔部104bと前記鍔部104bが一体のスタブ部104cを備え、当該光モジュール101の筐体103の内部に形成され前記鍔部104bが配設される溝部108内に、前記スタブ部104cを密着保持する弾性体150が密着配設されている。

Description

本発明は、光モジュールに関し、より具体的には、例えば光通信装置等に使用され、外線ケーブルに取り付けられた光コネクタが接続される発光モジュール、受光モジュール等の光モジュールに関する。
光通信装置等に使用される発光モジュール、受光モジュール等の光モジュールは、低コストで取り扱いが容易なレセプタクルにレーザーダイオードやフォトダイオード等の発光素子又は受光素子及びその他の部品が収容され、前記発光素子又は受光素子及びその他の部品が信号や電源を供給するためにワイヤー等でリード端子に接続されて構成されている。
このような光モジュールは、例えば今日の大規模光通信装置等においては、多量の光信号の並列伝送を実現するために、光モジュール実装部に多数並列実装される。
図1は、従来の光モジュールの構造を示す概略断面図である。
図1を参照するに、光通信装置等に使用される発光モジュール、受光モジュール等の光モジュール1は、通信時において、外線光ケーブル2が接続される。
光モジュール1は、金属製の筐体3を有し、当該筐体3の内部には、レーザーダイオードやフォトダイオード等の発光素子又は受光素子である光半導体素子(図示を省略)が内部に設けられたレセプタクル4と、前記外線光ケーブル2の先端部分に取り付けられた光コネクタ5が設けられている。
内部にフェルール6を収容するレセプタクル4は、その先端側に光コネクタ5の凹部内に配設され当該凹部の内面をガイドする第1スタブ部4aと、前記第1スタブ部4aよりも径が大きい鍔部4bと、第1スタブ部4aよりも径が大きいが前記鍔部4bよりも径が小さい第2スタブ部4cとを有する。第2スタブ部4cは、前記光半導体素子側に設けられており、内部にフェルール6を収容すると共に、鍔部4bを保持している。
筐体3の内部であって、前記レセプタクル4の第1スタブ部4a、鍔部4b、及び第2スタブ部4cが位置する箇所には凸部7が設けられている。更に、当該凸部7には、溝部8が形成されており、溝部8内に鍔部4bが位置するように、レセプタクル4は筐体3の内部に配設される。
レセプタクル4の内部に設けられた光半導体素子は、大規模集積回路(LSI:Large Scale Integrated Circuit)等が実装されたプリント配線板9にフレキシブル配線板10により接続されている。
一方、光コネクタ5の外面は、筐体3の内壁部によりガイドされる。また、光コネクタ5の内部には、外線光ケーブル2を保持・固定する円筒形状を有するフェルール11が設けられている。
フェルール6及び11は、レセプタクル4の第1スタブ部4a、鍔部4b、及び第2スタブ部4cの内部に形成された整列スリーブ12により精密に整列される。かかるフェルール6及び11が互いに接合することにより、レセプタクル4内に設けられた光半導体素子と光コネクタ5とが精密光結合される。
かかる構造において、フェルール6が収容されたレセプタクル4の中心が筐体3の中心位置で固定され、前記筐体3に前記外線光ケーブル2の先端部分に取り付けられた光コネクタ5を挿入・嵌合させることにより、フェルール6及び11が互いに接合し、レセプタクル4内に設けられた光半導体素子と光コネクタ5とが精密光結合して、光通信が行われる。
なお、底面に貫通孔が形成された開口部を有する有底カップ状の金属ホルダと、フェルールの中央に光ファイバを固定するとともに、後端部を上記金属ホルダの貫通孔に挿入固定してなるファイバスタブと、該ファイバスタブの先端部を一方の開放端部から挿入するとともに、他方の開放端部から挿入されたプラグフェルールを上記ファイバスタブの先端面に当接し、かつ、把持するための割スリーブと、該割スリーブを収納するとともに上記金属ホルダの開口部に挿入固定する筒状のケースとから構成され、上記プラグフェルールを割スリーブに挿入して拡張した割スリーブの外周面と当接するピンを上記ケースの内周面に取着したことを特徴とする光レセプタクルが提案されている(特許文献1参照)。
また、光ファイバを整列させるための割スリーブの外側に補強スリーブを配置し、スリーブホルダーとスリーブにフロート構造とするためのクリアランスを持たせ、スリーブを二重構造とし、割スリーブをセラミック製、補強スリーブを金属製とした光ファイバ用コネクタも提案されている(特許文献2参照)。
特開2006−178384号公報 特開2002−250840号公報
しかしながら、光モジュール1の各構成部品にあっては寸法公差(クリアランス)が存在するため、フェルール6が収容されたレセプタクル4の中心を、理想的な固定位置である筐体3の中心位置に精度良く固定しこれを維持するのは困難である。
そのため、図2乃至図5に示す問題が発生するおそれがある。ここで、図2乃至図5は、図1に示す光モジュール1の問題点を説明するための図(その1)乃至(その4)である。なお、図3では、図2の線C−Cにおける断面図を示し、説明の便宜上、レセプタクル4の第2スタブ部4cの位置についても図示している。また、図3では、1つの筐体3に2つのレセプタクル4が設けられている例を示している。
筐体3の内部に設けられた凸部7に形成された溝部8内にレセプタクル4の鍔部4bが隙間無く位置し、フェルール6が収容されたレセプタクル4の中心が筐体3の中心位置に精度良く位置し、更に、レセプタクル4の中心、即ち、フェルール6の中心が、光コネクタ5の内部に設けられたフェルール11の中心と一致することが理想である。
しかしながら、光モジュール1の各構成部品にあっては寸法公差(クリアランス)が存在するため、図2に示すように、レセプタクル4の鍔部4bが配設される溝部8内には隙間が形成され、レセプタクル4の内部に設けられたフェルール6の中心位置(図2において一点鎖線Aで示す)が、光コネクタ5の内部に設けられたフェルール11の中心位置(図2において一点鎖線Bで示す)と一致しない場合がある。
その結果、レセプタクル4の内部に設けられたフェルール6の光軸の位置と、光コネクタ5の内部に設けられたフェルール11の光軸の位置との間にズレが生じ、結合損失が発生する。
図3を参照して、より具体的に説明する。
溝部8に配設されるレセプタクル4の鍔部4b及び第2スタブ部収容孔13に挿入されるレセプタクル4の第2スタブ部4cの鉛直方向の中心位置及び水平方向の中心位置が、それぞれ、筐体3の鉛直方向の中心位置及び水平方向の中心位置(図3において一点鎖線で示す)に一致していることが理想である。この理想状態が、図3において実線で示されている。太い実線は鍔部4bの理想位置を示し、細い実線は第2スタブ部4cの理想位置を示している。
しかしながら、寸法公差(クリアランス)に因り、鍔部4bが、図3において太い点線で示す位置に形成されていたり、第2スタブ部4cが、図3において細い点線で示す位置に形成されていたりする場合がある。図3において左側に示す例では、鍔部4b及び第2スタブ部4cが前記理想状態の位置よりも鉛直方向に長さxずれた位置に配設されており、図3において右側に示す例では、鍔部4b及び第2スタブ部4cが前記理想状態の位置よりも水平方向右側に長さyずれた位置に配設されている。
その結果、レセプタクル4の内部に設けられたフェルール6の光軸の位置と、光コネクタ5の内部に設けられたフェルール11の光軸の位置との間にズレが生じ、光の結合損失が発生する。
更に、多量の光信号の並列伝送を実現するために、光モジュール1が光モジュール実装部に多数並列実装されて使用される場合、それぞれの光モジュール1に接続される外線光ケーブル2が複数纏めて収束されるため、一部の外線光ケーブル2に、当該ケーブルの自重等に因り図4に矢印で示す方向への応力が発生する。
従って、筐体3の内部に配設されるレセプタクル4は当該筐体3に機械的に固定されているため、光コネクタ5の応力に因り、光コネクタ5の内部に設けられているフェルール11の光軸の位置と、レセプタクル4の内部に設けられたフェルール6の光軸の位置との間にズレが生じ、光の結合損失が発生し、光出力の低下を招くおそれがある。
また、図5に示すように、光モジュール1においては、適正な動作を図るために、光モジュール1の内部の電子部品からの電磁波(図5において黒色の矢印等で示す)の放射の低減を図る必要があると共に、光モジュール1の外部からのサージ(図5において白抜きの矢印で示す)の影響に対する所定の耐力が要求される。
そのため、レセプタクル4の鍔部4bが配設される溝部8及びレセプタクル4の第2スタブ部4cが挿入される第2スタブ部収容孔13において、隙間を形成することなく電気的導体であるレセプタクル4の鍔部4b及び第2スタブ部4cを設けて電磁波に対するシールド部(図5において点線で囲んだ部分)を構成し、当該シールド部により、図5において黒色の矢印等で示すように、光モジュール1の内部の電子部品からの電磁波による電磁波干渉(EMI:Electro Magnetic Interference)の影響の低減を図る必要がある。
同様に、当該シールド部と信号接地(SG:Signal Ground)との分離を図ることにより、静電気放電(ESD:Electro−Static Discharge)対策を講じる必要がある。
しかるに、図2を参照して説明した光モジュール1の各構成部品に存在し得る寸法公差(クリアランス)や、図4を参照して説明した光モジュール1の外部の応力に起因して、レセプタクル4の鍔部4bが配設される溝部8や、レセプタクル4の第2スタブ部4cが挿入される第2スタブ部収容孔13において隙間が形成されると、電磁波干渉の影響の低減を図ったり、静電気放電の対策を図ることは困難である。
そこで、本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、光モジュールの構成部品に寸法公差(クリアランス)が形成されていたり、また、当該光モジュールに接続される光コネクタに応力が印加される場合であっても、光軸ズレに起因する光の結合損失の発生を防止すると共に、電磁波干渉の影響の低減及び静電気放電の対策を図ることができる光モジュールを提供することを本発明の目的とする。
本発明の一観点によれば、光ファイバに取り付けられた光コネクタが接続されるレセプタクルを備えた光モジュールであって、前記レセプタクルは、鍔部と前記鍔部とが一体のスタブ部を備え、当該光モジュールの筐体の内部に形成され前記鍔部が配設される溝部内に、前記スタブ部を密着保持する弾性体が密着配設されたことを特徴とする光モジュールが提供される。
前記溝部と、前記弾性体と、前記弾性体に形成された前記貫通孔と、前記スタブ部の中心位置は、互いに略等しく配置されていることとしてもよい。また、前記弾性体の外形高さは前記溝部の高さよりも大きく、前記弾性体の外形幅は前記溝部の幅よりも大きいこととしてもよい。前記弾性体に形成された前記貫通孔の径は、前記レセプタクルの前記スタブ部の外径よりも小さいこととしてもよい。
また、前記弾性体は、導電性材料を含有する材料から成ることとしてもよい。
本発明によれば、光モジュールの構成部品に寸法公差(クリアランス)が形成されていたり、また、当該光モジュールに接続される光コネクタに応力が印加される場合であっても、光軸ズレに起因する光の結合損失の発生を防止すると共に、電磁波干渉の影響の低減及び静電気放電の対策を図ることができる光モジュールを提供することができる。
従来の光モジュールの構造を示す概略断面図である。 図1に示す光モジュールの問題点を説明するための図(その1)である。 図1に示す光モジュールの問題点を説明するための図(その2)である。 図1に示す光モジュールの問題点を説明するための図(その3)である。 図1に示す光モジュールの問題点を説明するための図(その4)である。 本発明の実施の形態に係る光モジュールの構造を示す概略断面図である。 図6に示す溝部と、弾性体と、レセプタクルの第2スタブ部との関係を示す図である。 図6に示す光モジュール101の効果を説明するための図(その1)である。 図6に示す光モジュール101の効果を説明するための図(その2)である。
符号の説明
101 光モジュール
102 外線光ケーブル
103 筐体
104 レセプタクル
104a 第1スタブ部
104b 鍔部
104c 第2スタブ部
105 光コネクタ
106,111 フェルール
108 溝部
150 弾性体
151 貫通孔
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図6は、本発明の実施の形態に係る光モジュールの構造を示す概略断面図である。
図6を参照するに、光通信装置等に使用される発光モジュール、受光モジュール等の光モジュール101は、通信時において、外線光ケーブル(特許請求の範囲に記載の「光ファイバ」に相当)102が接続される。
光モジュール101は、金属製の筐体103を有し、当該筐体103の内部には、レーザーダイオードやフォトダイオード等の発光素子又は受光素子である光半導体素子(図示を省略)が内部に設けられたレセプタクル104と、前記外線光ケーブル102の先端部分に取り付けられた光コネクタ105が設けられている。
内部にフェルール106を収容するレセプタクル104は、その先端側に光コネクタ105の凹部内に配設され当該凹部の内面をガイドする第1スタブ部104aと、前記第1スタブ部104aよりも径が大きい鍔部104bと、第1スタブ部104aよりも径が大きいが前記鍔部104bよりも径が小さい第2スタブ部(特許請求の範囲に記載の「スタブ部」に相当)104cとを有する。第2スタブ部104cは、前記光半導体素子側に設けられており、内部にフェルール106を収容すると共に、鍔部104bを保持している。
筐体3の内部であって、前記レセプタクル104の第1スタブ部104a、鍔部104b、及び第2スタブ部104cが位置する箇所には凸部107が設けられている。
当該凸部107には、溝部108が形成されており、溝部108内に鍔部104bが位置するように、レセプタクル104は筐体103の内部に配設される。また、凸部107には、溝部108内に連通する第2スタブ部収容孔113が形成されており、当該第2スタブ部収容孔113に第2スタブ部104cが挿入されている。
即ち、弾性体150は、溝部108内において、レセプタクル104の鍔部104bよりも第2スタブ部104c側の箇所において前記第2スタブ部104cを密着保持するよう、前記溝部108内に密着配設されている。
溝部108内であって、レセプタクル104の鍔部104bと第2スタブ部収容孔113との間には、弾性体150が設けられている。弾性体150は、例えばシリコン系樹脂等から成るエラストマ樹脂等から構成され、例えばカーボンフィラー等の金属等の導電性フィラー等の導電性材料が弾性体150に含有されている。
弾性体150には、レセプタクル104の第2スタブ部104cの挿入を受容する貫通孔151が形成されている。
詳細は後述するが、弾性体150は、レセプタクル104の鍔部104bと第2スタブ部収容孔113との間において、溝部108に密着するように、当該溝部108内に収容され、更に、弾性体150の貫通孔151にレセプタクル104の第2スタブ部104cが挿入されている。
レセプタクル104の内部に設けられた光半導体素子は、大規模集積回路(LSI:Large Scale Integrated Circuit)等が実装されたプリント配線板109にフレキシブル配線板110により接続されている。
一方、光コネクタ105の外面は、筐体103の内壁部によりガイドされる。また、光コネクタ105の内部には、外線光ケーブル102を保持・固定する円筒形状を有するフェルール111が設けられている。
フェルール106及び111は、レセプタクル104の第1スタブ部104a、鍔部104b、及び第2スタブ部104cの内部に形成された整列スリーブ112により精密に整列される。かかるフェルール106及び111が互いに接合することにより、レセプタクル104内に設けられた光半導体素子と光コネクタ105とが精密光結合される。
ここで、図7を参照して、図6に示す溝部108と、弾性体150と、レセプタクル104の第2スタブ部104bとの関係を説明する。なお、図7は、図6の線C−Cにおける断面図である。また、図7では、1つの筐体103に2つのレセプタクル104が設けられている例を示している。
図7を参照するに、溝部108に弾性体150が配設されているが、弾性体150の外形高さhは溝部108の高さHよりも大きく(h>H)、弾性体150の外形幅wは溝部108の幅Wよりも大きく(w>W)設定されている。このような大きさを有する溝部108に弾性体150を収容すると、弾性体150による弾性力が得られる。
また、弾性体150に形成されている貫通孔151の径dは、当該貫通孔151に挿入されるレセプタクル104の第2スタブ部104cの外径Dよりも小さく(d<D)設定されている。
更に、溝部108と、弾性体150と、弾性体150に形成されている貫通孔151と、当該貫通孔151に挿入されるレセプタクル104の第2スタブ部104bの上記寸法の中心位置(図7において一点鎖線で示す位置)は互いに略等しくなるように設定されている。
また、溝部108内において、溝部108内に配設されている鍔部104aと、貫通孔151側の当該溝部108の内側面との間に、弾性体151が隙間無く密着されている。
従って、溝部108に弾性体150が配設され、弾性体150の貫通孔151にレセプタクル104の第2スタブ部104bが挿入されると、弾性体150の弾性力により、隙間が形成されることなく、貫通孔151に挿入されたレセプタクル104の第2スタブ部104bの中心が理想的な中心位置に配置された状態で、弾性体150は、溝部108に密着する。
即ち、図6において黒色の矢印で示すように、弾性体150からレセプタクル104の第2スタブ部104bの中心側に圧縮する弾性力に基づき第2スタブ部104bの中心が理想的な中心位置に一致するように自己整列機能が働き、X方向及びY方向(図7参照)及びZ方向(図6参照)おいて第2スタブ部104bの最適位置が保持される。
このようにして、貫通孔151に挿入されたレセプタクル104の第2スタブ部104bの中心が理想的な中心位置に配置されるため、レセプタクル104に収容されているフェルール106と、光コネクタ102に収容されているフェルール111とが、互いに光軸が一致するように接合し、よって、レセプタクル104内に設けられた光半導体素子と光コネクタ105とを精密光結合することができる。
また、上述のように、弾性体150には、カーボンフィラー等の金属等の導電性フィラー等の導電性材料が含有されているため、弾性体150が筐体103に電気的に結合された状態が形成される。
このような構造を有する光モジュール101の効果について、図8及び図9を参照して説明する。ここで、図8及び図9は、図6に示す光モジュール101の効果を説明するための図(その1)及び(その2)である。なお、図8では、弾性体150を設けた本実施の形態の光モジュール101と光コネクタ102との接合関係を主として示している。
図8を参照するに、本例では、図7に示す大きさを有する弾性体150は、レセプタクル104の鍔部104bと第2スタブ部収容孔113との間において、溝部108に密着するように、当該溝部108内に収容されている。
従って、通信時において使用される外線光ケーブル102の先端部分に取り付けられた光コネクタ105が光モジュール101に接続され、当該光コネクタ105に図8で黒色の矢印で示すように外部応力が印加されても、弾性体150は弾性力により伸縮し、図8において矢印Aで示す箇所において弾性体150がつぶれた状態になる。そのため、弾性体150の貫通孔151に挿入されたレセプタクル104(第2スタブ部104c)はこれに追随することができる。
よって、光コネクタ105に図8で黒色の矢印で示すように外部応力が印加されても、
光コネクタ105の内部に設けられているフェルール111の光軸の位置と、レセプタクル104の内部に設けられたフェルール106の光軸の位置との間にズレが発生することを防止することができ、光の結合損失に因る光出力の低下を防ぐことができる。
光コネクタ105に図8で黒色の矢印で示すような外部応力が印加されていない無応力状態においては、弾性体150からレセプタクル104の第2スタブ部104bの中心側を圧縮する弾性力により、弾性体150の貫通孔151に挿入されているレセプタクル104(第2スタブ部104b)の中心、即ち、レセプタクル104の内部に配設されたフェルール106の中心が理想的な中心位置に一致するように自己整列機能が働き、最適位置が保持される。
次に、図9を参照する。
上述のように、弾性体150には、例えばカーボンフィラー等の金属等の導電性フィラー等の導電性材料が含有され、かかる弾性体150は、レセプタクル104の鍔部104bと第2スタブ部収容孔113との間において、溝部108に密着するように、当該溝部108内に収容されている。従って、弾性体150は、筐体103と電気的に接続された状態となっている。
即ち、レセプタクル104の鍔部104bが配設される溝部108及びレセプタクル104の第2スタブ部104cが挿入される第2スタブ部収容孔113において隙間を形成することなく、導電性材料が含有された弾性体150がレセプタクル104の鍔部104bと第2スタブ部収容孔113との間に介在している。
従って、当該弾性体150と、電気的導体であるレセプタクル104の鍔部104b及び第2スタブ部104cと、筐体3とにより、電磁波に対するシールド部(図9において点線で囲んだ部分)が構成される。
かかるシールド部により、図9において黒色の矢印等で示すように、光モジュール101の内部の電子部品からの電磁波による電磁波の放射防止を図ることができ、電磁波干渉(EMI)の影響の低減を図ることができる。
また、光モジュール101の外部からのサージ(図9において白抜きの矢印で示す)が、光コネクタ105を介して、電気的導体であるレセプタクル104の第1スタブ部104a、鍔部104b及び第2スタブ部104cに伝達されても、レセプタクル104の鍔部104bと第2スタブ部収容孔113との間において、溝部108に密着している弾性体150が電気的に接続されているため、筐体3を経由して光モジュール1の外部フレームグランド(FG:Frame Ground)に流れ、前記サージの影響を回避することができる。
このように、導電性材料を含有する弾性体150を設けることにより、光モジュール101の内部の電子部品からの電磁波による電磁波の放射低減又は防止を図ることができると共に、光モジュール101の外部からのサージの影響を回避することができる。
以上、本実施の形態にかかる光モジュール101によれば、当該光モジュール101の構成部品に寸法公差(クリアランス)が形成されていたり、また、当該光モジュール101に接続される光コネクタ102に応力が印加される場合であっても、光軸ズレに起因する光の結合損失の発生を防止することができる共に、電磁波干渉の影響の低減及びサージの影響を回避することができる。
本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
本発明は、光モジュールに適用可能であり、より具体的には、例えば光通信装置等に使用され、外線ケーブルに取り付けられた光コネクタが接続される発光モジュール、受光モジュール等の光モジュールに適用可能である。

Claims (10)

  1. 光ファイバに取り付けられた光コネクタが接続されるレセプタクルを備えた光モジュールであって、
    前記レセプタクルは、鍔部と前記鍔部とが一体のスタブ部を備え、
    当該光モジュールの筐体の内部に形成され前記鍔部が配設される溝部内に、前記スタブ部を密着保持する弾性体が密着配設されたことを特徴とする光モジュール。
  2. 請求項1記載の光モジュールであって、
    前記弾性体は、前記溝部内において、前記レセプタクルの前記鍔部よりも前記スタブ部側の箇所において前記スタブ部を密着保持するよう、前記溝部内に密着配設されたことを特徴とする光モジュール。
  3. 請求項1又は2記載の光モジュールであって、
    前記弾性体には貫通孔が形成されており、
    前記貫通孔に、前記レセプタクルの前記スタブ部が挿入されたことを特徴とする光モジュール。
  4. 請求項1乃至3いずれか一項記載の光モジュールであって、
    前記溝部と、前記弾性体と、前記弾性体に形成された前記貫通孔と、前記スタブ部の中心位置は、互いに略等しく配置されていることを特徴とする光モジュール。
  5. 請求項1乃至4いずれか一項記載の光モジュールであって、
    前記弾性体の外形高さは前記溝部の高さよりも大きく、前記弾性体の外形幅は前記溝部の幅よりも大きいことを特徴とする光モジュール。
  6. 請求項1乃至5いずれか一項記載の光モジュールであって、
    前記弾性体に形成された前記貫通孔の径は、前記レセプタクルの前記スタブ部の外径よりも小さいことを特徴とする光モジュール。
  7. 請求項1乃至6いずれか一項記載の光モジュールであって、
    前記光コネクタ及び前記レセプタクルのそれぞれの内部にフェルールが配設され、前記フェルールのそれぞれの光軸は略一致していることを特徴とする光モジュール。
  8. 請求項1乃至7いずれか一項記載の光モジュールであって、
    前記弾性体は、シリコン系樹脂を含む材料から成ることを特徴とする光モジュール。
  9. 請求項1乃至7いずれか一項記載の光モジュールであって、
    前記弾性体は、導電性材料を含有する材料から成ることを特徴とする光モジュール。
  10. 請求項9記載の光モジュールであって、
    前記導電性材料は、金属の導電性フィラーであることを特徴とする光モジュール。
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