JP2011248243A

JP2011248243A - 光電変換モジュール及び光電変換装置

Info

Publication number: JP2011248243A
Application number: JP2010123433A
Authority: JP
Inventors: Osamu Daikuhara; 治大工原; Kazuhiro Mizukami; 和弘水上; Toshihiro Kusatani; 敏弘草谷
Original assignee: Fujitsu Component Ltd
Current assignee: Fujitsu Component Ltd
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-12-08
Also published as: US8506176B2; US20110293225A1

Abstract

【課題】高速、大容量通信を実現する光電変換装置を提供することを目的とする。
【解決手段】トランシーバモジュール１は、光通信路１７が結合される複数の光コネクタ２ａ、２ｂと、バックプレーンへ結合される電気コネクタ３と、光コネクタ２ａ、２ｂで受信した光信号を電気コネクタ３へ送信する電気信号へ変換し、電気コネクタ３で受信した電気信号を光コネクタ２ａ、２ｂへ送信する光信号へ変換する受発光素子９、１０、１１、１２が搭載された回路基板６と、光コネクタ２ａ、２ｂと受発光素子９、１０、１１、１２とを光学的に結合する導波路を有する導波路アレイ７、８とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、双方向通信を可能とする光電変換モジュール及び光電変換装置に関する。

コンピュータ技術、通信システムの進展に伴い、銅線による高速電装距離限界を超える数１０ｍから３００ｍの装置間を広域接続する簡易な光トランシーバ技術の要求がある。このような光トランシーバをモジュール化して、小型化したものが特許文献1に開示されている。

特許文献１によると、電気コネクタ、及び変換手段、並びに導波路を１枚の回路基板上に搭載することにより、光電変換モジュールを小型に構成している。

特開２００８−１５２６４号公報

ところで、このような光電変換装置は、高速通信の要求に加えて、さらに大容量情報の伝送が求められている。そこで本発明は、高速、大容量通信を実現する光電変換モジュール及び光電変換装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決する本発明の光電変換モジュールは、光通信路が結合される複数の光コネクタと、電気通信路が結合される電気コネクタと、前記光コネクタで受信した光信号を前記電気コネクタへ送信する電気信号へ変換し、前記電気コネクタで受信した電気信号を前記光コネクタへ送信する光信号へ変換する受発光素子が搭載された回路基板と、前記光コネクタと前記受発光素子とを光学的に結合する導波路と、を備えたことを特徴とする。

これにより、光通信路を複数結合することができるため、大容量情報の通信を可能とする。

上記の光電変換モジュールにおいて、前記受発光素子は前記複数の光コネクタのそれぞれに対応して前記回路基板に搭載され、それぞれ組となる受発光素子と光コネクタとが導波路により光学的に結合された構成とすることができる。

上記構成によれば、大容量情報を複数の光通信路に分散することにより、導波路を小型にできる。小型の導波路にすることにより、導波路の伸縮の影響が小さくなるため、精度の高い情報伝達を可能とする。

上記の光電変換モジュールにおいて、前記導波路は一方向通信、または双方向通信する構成とすることができる。

この構成によると、導波路は、発光素子と組み合わせる場合、受光素子と組み合わせる場合、受光素子、発光素子の両方と組み合わせる場合から選択できる。これにより、基板上の受光素子及び発光素子のレイアウトの自由度を上げることができる。

上記の光電変換モジュールにおいて、前記回路基板に前記電気コネクタを１つ搭載した構成とすることができる。回路基板を一つにすることによりモジュールを小型化できる。

上記の光電変換モジュールにおいて、前記電気コネクタの接続時にモジュール本体の離脱を防止する離脱防止手段が設けられた構成とすることができる。これにより、通信中などにモジュール本体が離脱することを防ぎ、通信が切断することが防止される。

上記の光電変換モジュールにおいて、前記電気コネクタのリンク確立状態、前記光コネクタのリンク確立状態、及び／または電源供給状態を表示する表示手段を備えた構成とすることができる。この構成によると、光電変換モジュールの接続状態、電源供給状態が即座に確認できる。これにより、複数のモジュールをバックパネルに接続した場合等において、何らかの原因でコネクタが外れてしまったモジュールや電源供給されていないモジュールを検索することが容易となる。

上記の光電変換モジュールにおいて、前記表示手段が光コネクタ側に配置された構成とすることができる。この構成によると、接続することにより死角が増える電気コネクタ側から離れた光コネクタ側に表示手段が配置されるので、モジュールの状態を容易に確認することができる。

上記の光電変換モジュールにおいて、前記電気コネクタ側に電波遮蔽部材が設けられた構成とすることができる。これにより、モジュールの接続対象に対して不要な電波の放射を防止することができる。

上記の光電変換モジュールにおいて、前記電気コネクタの端子は、信号ピン、制御ピン、電源ピンを備えた構成とすることができる。これにより、情報の信号と同一のラインで制御信号の送受信や電源供給をすることができる。

このような光電変換モジュールにおいて、前記電源ピンや制御ピンは、シグナルグランドと共有することができる。これにより、ピンの本数が制限される場合にも電源供給や制御信号の送受信が可能となる。

さらに、本発明の光電変換装置は、上記の光電変換モジュールの電気コネクタと接続するコネクタを複数有するバックプレーンを備え、前記バックプレーンに前記光電変換モジュールを接続したことを特徴とする。これにより、複数のトランシーバモジュールを接続することにより大容量情報の通信を可能とするトランシーバ装置を構築できる。

上記の光電変換装置は、前記電気コネクタと共通のコネクタを有し電力を供給する電気ケーブルモジュールを、前記バックプレーンのコネクタに接続した構成とすることができる。この構成によると、同一のバックパネル中に光電変換モジュールと電気ケーブルモジュールを接続できる。これにより、別途電気ケーブルの接続端子を設ける必要がなくなり、コストを低減できる。

本発明の光電変換モジュール及び光電変換装置は、高速、大容量通信を実現することができる。

トランシーバモジュールの外観を示した斜視図である。図１の内部が分かるようにカバーを除去して示した斜視図である。トランシーバモジュールの基本構造を示した説明図である。電気コネクタのピンアサインを示した説明図である。トランシーバ装置の外観を示した斜視図である。電気ケーブルモジュールの外観を示した斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例のトランシーバモジュール１の外観を示した斜視図である。図１（ａ）は表側からみた図であり、図１（ｂ）は裏側から見た図である。図２は図１の内部が分かるようにカバー５を除去して示した斜視図である。図３はトランシーバモジュール１の基本構造を示した説明図である。図３（ａ）は回路基板２を実装面側から見た説明図であり、図３（ｂ）は回路基板２を側面から見た説明図である。

本実施例のトランシーバモジュール１は光通信路（光ファイバー）１７が接続する２つの光コネクタ２ａ、２ｂと、1つの電気コネクタ３とを備える光電変換機である。光コネクタ２ａ、２ｂは、１２芯ＭＰＯ光コネクタであって、６．２５Gbps/laneの伝送速度を有する。電気コネクタ３は、高速平衡伝送用ソケットコネクタである。電気コネクタ３は、例えば、計算機のバックプレーンに備えられたコネクタに接続される。

トランシーバモジュール１は、ケース４とカバー５とからなる筐体内に、回路基板６、導波路アレイ７、８を備えている。図３（ａ）に示すように、回路基板６の一面には発光素子としてＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）アレイ９、１０が実装され、受光素子としてＰＩＮＰＤ（フォトダイオード）アレイ１１、１２が実装されている。また、回路基板６の同一面に、電気コネクタ３からの電気信号に基づいて、ＶＣＳＥＬアレイ９、１０を駆動するＩＣ１３、１４と、受光したＰＤアレイ１１、１２が発信する電気信号を増幅して、電気コネクタ３へ伝達するＩＣ１５、１６とが実装されている。回路基板６上において、ＶＣＳＥＬアレイ９、１０とＩＣ１３、１４とが互いに近接して配置され、ＰＤアレイ１１、１２とＩＣ１５、１６とが互いに近接して配置されている。

導波路アレイ７、８は、透明樹脂を曲面形状にモールド成形した３次元ポリマー導波路アレイであり、光の進路を変更する導波路を備えている。導波路アレイ７、８の導波路の一方の端部７ａ、８ａは基板へ対向する位置に形成され、導波路の他方の端部７ｂ、８ｂは基板に垂直な面に対向する位置に形成されている。

本実施例のトランシーバモジュール１において、導波路アレイ７はＶＣＳＥＬアレイ９、１０、ＩＣ１３、１４の上側に配置されて送信用導波路として機能する。導波路アレイ７は導波路の端部７ａとＶＣＳＥＬアレイ９、１０とが互いに対向するように配置される。また、導波路の他方の端部７ｂは光コネクタ２ａに対向するように配置される。

もう一つの導波路アレイ８は、ＰＤアレイ１１、１２、ＩＣ１５、１６の上側に配置されて受信用導波路として機能する。この導波路アレイ８は、導波路の端部５ａとＰＤアレイ１１、１２とが互いに対向するように配置される。また、導波路の他方の端部８ｂは光コネクタ２ｂに対向するように配置される。

上記説明において、導波路アレイ７、８は一方向のみの通信を行っているが、導波路アレイは送信と受信の両方を行う双方向通信をすることができる。そして、回路基板６上のＶＣＳＥＬアレイとＰＤアレイの配置はここで述べた以外にも選択することが可能である。例えば、１つの導波路アレイの導波路で送信と受信の両方を行うことが可能なので、ＶＣＳＥＬアレイ１０とＰＤアレイ１１とを入れ替え、ＩＣ１４とＩＣ１５とを入れ替えて配置することもできる。

このトランシーバモジュール１が光信号を送信する場合の信号の流れは、以下の通りである。送信情報の電気信号が電気コネクタ３からＩＣ１３、１４に入力されると、ＩＣ１３、１４はＶＣＳＥＬアレイ９、１０を駆動する。ＶＣＳＥＬアレイ９、１０は、電気信号を光信号に変換し、導波路の端部７ａへ向けて発光する。この光信号は導波路により進路を変更され、端部７ｂから光コネクタ２ａへ送られて、光通信路１７から送信される。一方、トランシーバモジュール１が光信号を受信する場合の信号の流れは以下の通りである。光通信路１７を通過した光信号は、光コネクタ２ｂへ到達すると、導波路の端部８ｂに入射し、導波路により進路を変更されて、端部８ａからＰＤアレイ１１、１２へ向けて発光される。ＰＤアレイ１１、１２は受光すると、受光した光信号を電気信号に変換してＩＣ１５、１６へ送信する。ＩＣ１５、１６は、電気信号を増幅して電気コネクタ３へ送る。

このようなトランシーバモジュールにおいて、単位時間の通信量を増加する場合、通信路を大型にする方法、あるいは通信路の本数を増加する方法を採用できる。これらの方法のいずれを採用しても、トランシーバモジュールは、１つの導波路により光信号を通信する構成を取り得る。１つの導波路により光信号を導く場合、通過する信号が増加するので、導波路を大型にする必要がある。ところが、導波路を大型にするほど伸縮によりずれが発生し、信号の伝達精度が低下しやすい。このため、光信号を分散し小型の導波路を用いることが有効である。また、1つの通信路からの通信情報を複数の導波路へ信号を分ける場合には分光器を要し、構成が複雑となるため、通信路を大型にすることは得策ではない。これに対し、本実施例のトランシーバモジュール１は、複数の光コネクタ２ａ、２ｂと、それぞれに対応する導波路を有する導波路アレイ７、８により、ＶＣＳＥＬアレイ９、１０、及びＰＩＮＰＤアレイ１１、１２とを光学的に接続する。すなわち、本実施例のトランシーバモジュール１は、導波路を複数設けた構成により、信号の伝達精度の低下を抑制する。また、複数の光コネクタ２ａ、２ｂから光信号を受け取るため、分光器等の複雑な構成をも必要としない。特に、光コネクタ２ａ、２ｂは従来から用いられている光コネクタをそのまま利用でき、これに接続する光通信路１７も従来のものを採用できるため、製造コストを抑えることができる。上記構成により、トランシーバモジュール１は大容量情報の通信を可能とする。

また、図１に示すように、トランシーバモジュール１の電気コネクタ３側にラッチ１８が設けられている。トランシーバモジュール１をバックパネルに接続した際に、ラッチ１８によりロックされ、不意にトランシーバモジュール１本体がバックパネルから離脱することが防止される。一方、トランシーバモジュール１にはプルタブ２０が備えられており、トランシーバモジュール１をバックパネルから取り外すのを容易にしている。

また、トランシーバモジュール１の光コネクタ２ａ、２ｂにＭＰＯラッチ１９が設けられており、光コネクタ２ａ、２ｂに光通信路１７が接続した場合に、ＭＰＯラッチ１９によりロックされて光通信路１７が光コネクタ２ａ、２ｂから離脱することが防止される。

また、ケース４の光コネクタ２ａ、２ｂ側にはＬＥＤ（発光ダイオード）ライト２１が設けられている。このＬＥＤライト２１は、トランシーバモジュール１の裏側から視認できるうえ、光通信路１７の接続する方向から見て視認できる位置に設けられている。このため、複数のトランシーバモジュール１が近接してバックパネルに装着されるような場合であっても、ＬＥＤライト２１を視認することができる。ＬＥＤライト２１は、トランシーバモジュール１がバックパネルに装着されてリンクの確立されている状態、電源供給されている状態、光通信路１７が接続されてリンクの確立されている状態、通信状態などの識別できるように点灯パターンや発光色を変化させることができる。すなわち、ＬＥＤライト２１を確認することで、トランシーバモジュール１の状態を容易に把握できる。

次に、電気コネクタ３のピンアサインについて説明する。図４は電気コネクタ３のピンアサインを示した説明図である。図４（ａ）は比較例のピンアサインを示し、図４（ｂ）は本実施例においてピン数を増加したピンアサインを示している。図４中、信号ピンはＳ、グランドピンはＧ、制御信号ピンはＴ（Type-sence）、Ｆ（Fault）、Ｌ（laser-disable）、電源ピンはＰで表示している。

信号の送受信において、隣り合う２本の信号ピンが１つの信号の送受信を担う。隣り合う２本の信号ピンの両端をグランドピンで挟みこむことで、信号の安定度が増加する。本実施例ではピン数を増加し、信号ピンが配置全体の両端（図４中の上端と下端）とならないように配置し、いずれの信号ピンもグランドピンにより挟み込む配置とした。これにより、信号の送受信が安定し、伝送特性が向上する効果が得られた。また、信号ピンと制御ピン、または信号ピンと電源ピンとが隣り合わないように配置したことにより、ノイズを抑制し、伝送特性を向上できる。また、本実施例の場合、電源ピンを５つ備え、必要な電流を分散することができるため、各ピンの温度上昇を低減できる。さらに、このピンアサインにおいて、電源ピンや制御ピンは、シグナルグランドと共有することができ、グランドピンの接続する配線中に制御信号を流すこともできる。これにより、ピン数を減らすこともできる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例では、本発明のトランシーバ装置１００について説明する。図５は本発明のトランシーバ装置１００の外観を示した斜視図である。トランシーバ装置１００は、複数のトランシーバモジュール１がバックプレーン３１に装着されて構成されている。バックプレーン３１はトランシーバモジュール１の電気コネクタ３が接続可能なＢＰコネクタ３２を複数備えている。

このように、トランシーバ装置１００は、複数のトランシーバモジュール１が接続可能に構成されることにより、大容量の情報を通信することができる。図５に示すような複数のトランシーバモジュール１が接続された場合であっても、光通信路側からＬＥＤライト２１を視認できるため、トランシーバモジュール１の接続状態を確認することができる。

また、トランシーバ装置１００は、トランシーバモジュール１をバックプレーン３１へ接続する場合、パネル３３越しに接続する。このパネル３３は、バックプレーン３１が搭載される計算機の壁面を構成するものである。トランシーバモジュール１がバックプレーン３１に接続される場合、ラッチ１８がパネル３３に掛り固定される。さらに、パネル３３とトランシーバモジュール１の間にはＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）ガスケット３４が設けられる。ＥＭＩガスケット３４は、バックプレーン３１に対するトランシーバモジュール１からの電波の不要放射を防止する。

また、このバックプレーン３１のＢＰコネクタ３２には電気ケーブルモジュール３５を接続することができる。図６は電気ケーブルモジュール３５の外観を示した斜視図である。電気ケーブルモジュール３５はバックプレーン３１を搭載する計算機へ電力を供給する電気ケーブル３６が接続されている。電気ケーブルモジュール３５のインターフェイスコネクタ３７はトランシーバモジュール１の電気コネクタ３と形状が共通である。このため、電気ケーブルモジュール３５はバックプレーン３１に接続することができる。電気ケーブルモジュール３５のインターフェイスコネクタ３７は中継配線基板であるパドルカードにより電気ケーブル３６に接続されている。また、インターフェイスコネクタ３７はパドルカードの両面に実装される。

このように電気ケーブルモジュール３５のインターフェイスをトランシーバモジュール１のインターフェイスと共通としたことにより、通信用と電源のインターフェイスコネクタを１つにできる。また、別途電気ケーブルの接続端子を設ける必要がなくなる。これにより、トランシーバ装置１００の製造コストを低減できる。なお、電気ケーブルモジュール３５は、トランシーバモジュール１同様に、ラッチ、プルタブ、ＬＥＤライトを備える構成とすることができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。本実施例では、トランシーバモジュール１は２つの光コネクタ２ａ、２ｂを備えたが、光コネクタを３以上備えた構成とすることもできる。この場合、さらに大容量情報の通信が可能となる。

１トランシーバモジュール
２ａ、２ｂ光コネクタ
３電気コネクタ
６回路基板
７、８導波路アレイ
９、１０ＶＣＳＥＬアレイ
１１、１２ＰＩＮＰＤアレイ
１７光通信路（光ファイバー）
１８ラッチ
２１ＬＥＤライト
３１バックプレーン
３２ＢＰコネクタ
３４ＥＭＩガスケット
３５電気ケーブルモジュール
３７インターフェイスコネクタ
１００トランシーバ装置
Ｓ信号ピン
Ｇグランドピン
Ｔ、Ｆ、Ｌ制御信号ピン
Ｐ電源ピン

Claims

光通信路が結合される複数の光コネクタと、
電気通信路が結合される電気コネクタと、
前記光コネクタで受信した光信号を前記電気コネクタへ送信する電気信号へ変換し、前記電気コネクタで受信した電気信号を前記光コネクタへ送信する光信号へ変換する受発光素子が搭載された回路基板と、
前記光コネクタと前記受発光素子とを光学的に結合する導波路と、
を備えたことを特徴とする光電変換モジュール。
前記受発光素子は前記複数の光コネクタのそれぞれに対応して前記回路基板に搭載され、
それぞれ組となる受発光素子と光コネクタとが導波路により光学的に結合されたことを特徴とする請求項１記載の光電変換モジュール。
前記導波路は一方向通信、または双方向通信である請求項２記載の光電変換モジュール。
前記回路基板に前記電気コネクタを１つ搭載したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の光電変換モジュール。
前記電気コネクタの接続時にモジュール本体の離脱を防止する離脱防止手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の光電変換モジュール。
前記電気コネクタのリンク確立状態、前記光コネクタのリンク確立状態、及び／または電源供給状態を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至５のいずれか一項記載の光電変換モジュール。
前記表示手段が光コネクタ側に配置されていることを特徴とする請求項６記載の光電変換モジュール。
前記電気コネクタ側に電波遮蔽部材が設けられたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の光電変換モジュール。
前記電気コネクタの端子は、信号ピン、制御ピン、電源ピンを備えたことを特徴とする請求項１乃至８の光電変換モジュール。
前記電源ピンや制御ピンは、シグナルグランドと共有することを特徴とした請求項９記載の光電変換モジュール。
請求項１乃至１０のいずれか一項記載の光電変換モジュールの電気コネクタと接続するコネクタを複数有するバックプレーンを備え、前記バックプレーンに前記光電変換モジュールを接続したことを特徴とする光電変換装置。
前記電気コネクタと共通のコネクタを有し電力を供給する電気ケーブルモジュールを、前記バックプレーンのコネクタに接続したことを特徴とする請求項１１記載の光電変換装置。