JP3979053B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光トランシーバーなどに利用され、リンク着脱に用いられる光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速ＬＡＮ（Local Area Network）において、デジタル電気信号と光信号とを相互変換するモジュールとして光トランシーバが広く用いられている。こうした光トランシーバを用いたハブ装置等のポート数の高密度化を図るため、小型化を可能とした統一規格としてＳＦＦ（Small Form Factor）がある。こうしたＳＦＦ光トランシーバは小型・低消費電力という特徴を有するが、さらに機器を停止させることなく電気コネクタの着脱を可能としたＳＦＰ（Small Form Factor Pluggable）光トランシーバが開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＡＮの高速化に伴い、こうしたＳＦＦあるいはＳＦＰ光トランシーバで伝送するデジタル信号はギガビット帯域へと移行している。ＳＦＰ光トランシーバでは、多数回の着脱を想定していることから、着脱による性能劣化を抑制する必要があるが、ＳＦＰ光トランシーバーでは、回路基板と発光素子部、受光素子部とが一直線状に並んでおり、光コネクタ、電気コネクタの着脱方向もこの直線方向に一致することから、着脱に伴い、回路基板と発光素子部、受光素子部の接続部分に係る応力が変化して、これによる破損、劣化が懸念されている。
【０００４】
そこで本発明は、光トランシーバなどに用いられる光モジュールであって、着脱を繰り返してもその特性劣化を抑制し得る光モジュールを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る光モジュールは、ハウジング内部に、電子回路を有する基板と、電子回路に接続された光入出力端を有する発光素子部及び受光素子部を備える光モジュールにおいて、発光素子部と受光素子部はハウジング内の略円筒形の孔に円筒形の先端部が収容されるとともに、この先端部より直径の大きいフランジ部を有しており、ハウジングはこれら略円筒形の孔より後方に斜面壁を備えており、ハウジングの斜面壁に対応して設けられた斜面壁により、この斜面壁方向にスライドしてハウジングに係合され、発光素子部と受光素子部のフランジ部をハウジングに押圧して固定する突起部を有する押圧固定部材をさらに備えていることを特徴とする。
【０００６】
このような構成により、発光素子部と受光素子部とは、押圧固定部材によってハウジング内にそれぞれ押圧固定される。そのため、光接続の着脱によって発光素子部、受光素子部が受ける力は押圧固定部材によって吸収され、電子回路との接続部に伝わることがなく、破損や接続部分の劣化を防止できる。したがって、着脱による性能劣化を抑制できる。
【０００７】
この押圧固定部材は、先端に爪を有する弾性のある突起によって前記ハウジングの切欠きに係合されていることが好ましい。このようにすると、確実な係合が可能となる。
【０００８】
斜面壁の壁面は、基板の水平面と４０°〜８０°の角度をなしていることが好ましい。このようにすると、押圧固定部材を取り付ける際に確実に発光素子部、受光素子部を押圧することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１は、本発明に係る光モジュールである光トランシーバをその構成部品を理解しやすいよう分解して示す図である。この光トランシーバは、ＳＦＰタイプの光トランシーバであって、略矩形断面の細長い形状を有しており、その一端に送信用と受信用のそれぞれの光ファイバを接続するための光コネクタを他端に外部から電源を供給するとともに電気信号を送受信するための電気コネクタを有している。
【００１１】
この光トランシーバはハウジング１内に電子回路を搭載した回路基板２と、これに接続される受光素子部４、発光素子部５が収容されている。受光素子部４と発光素子部５とは、シールド機能を有する金属製のブラケット６、７でそのリードピン部分が覆われており、さらに、樹脂製のブラケットホルダー８によりハウジング１に固定されている。回路基板２は、基板止め３によってハウジング１に固定されており、ハウジング１はカバー９によって覆われる。また、ハウジング１の光コネクタ側端部近くにはアクチュエータ１０が配置されている。
【００１２】
次に、受光素子部４と発光素子部５それぞれの構成を図２（ａ）および（ｂ）を用いて説明する。受光素子部４は、図２（ｂ）に示されるように、図示していない受光素子（例えば、フォトダイオード）、光学系及びプリアンプ等を内部に有する金属製の筐体４２と先端から光ファイバが差し込まれる樹脂製のフェルール４１とが一体化されている。金属製の筐体４２からは、５本の先端が波形に形成されたリードピン４３が延びており、このうち、リードピン４３ａと４３ｂは受光した光信号に対応する電気信号の相補信号を構成する正相信号と逆相信号がそれぞれ出力される。残る３本のリードピンのうち４３ｃ、４３ｅには、電源電圧（Ｖｅｅ）が供給され、４３ｄは接地されている（ＧＮＤ）。
【００１３】
一方、発光素子部５は、図２（ａ）に示されるように、図示していない発光素子（例えば、レーザダイオード）、光学系等を内部に有する金属製の筐体５２と先端から光ファイバが差し込まれる樹脂製のフェルール５１とが一体化されている。金属製の筐体５２からは、３本の先端が波形に形成されたリードピン５３が延びており、このうち、リードピン５３ｃには出力させる光信号に対応する電気信号が入力される。リードピン５３ａは回路基板の電源Ｖｃｃが供給され、５３ｂは出力端子となる。この電圧Ｖｃｃは上述した受光素子に供給される電圧Ｖｅｅとは異なっていてもよい。
【００１４】
続いて、図３〜図６を参照してブラケット６、７およびブラケットホルダー８の構造について説明する。まず、受光素子ブラケット６は、図３（ａ）（ｂ）に示されるように略半円筒形の本体６０から２本の脚部６１、６２が突出した形状をなしており、本体６０の略中央に孔６４を有するとともに、孔６４の脚部６１、６２側に、本体６０の内側に折り込まれた折込部６３を有する。
【００１５】
一方、発光素子ブラケット７は、図４（ａ）（ｂ）に示されるように略半円筒形の本体７０から２本の２本の脚部７１、７２が突出した形状をなしており、本体７０の脚部７１、７２側に、本体７０の内側に折り込まれた折込部７３を有するとともに、本体７０の略中央に孔７４を有している。発光素子ブラケット７は、受光素子ブラケット６よりも一回り小さく、その孔７４も孔６４よりも小型に形成されている。
【００１６】
ブラケットホルダー８は、図５に示されるように、２つの凹部８０、８１が一端に並んで設けられており、その延長上には、半円筒形の突起部８０ａ、８１ａが設けられている。凹部８０、８１の間には、上方に突出する突起部８２、８３を有する。この突起部８２、８３のそれぞれの先端はそれぞれ外側に向かって突出する爪８２ａ、８３ａを有している（図６参照）。爪８２ａ、８３ａの間はＵ字状の空間８５が形成されている。また、ブラケットホルダー８の凹部８０、８１側端部の側壁８４は、水平面（凹部８２、８３の底面）と４０°〜８０°の角度をなす斜面である。以下、本実施形態では４５°の角度をなしているものとして説明する。
【００１７】
図７は、受光素子部４、発光素子部５、各ブラケット６、７の回路基板２への取り付け状態を説明する図であり、図８は、図７のVIII−VIII線部分に対応する図１の断面図である。また、図９はブラケットを取り外した状態を、図１０はブラケットを取り付けた状態をそれぞれ示す斜視図である。図７〜図１０に示されるように、回路基板２の電気コネクタ部２１と反対側の端部には、受光素子部４、発光素子部５それぞれと電気的に接続を行うための配線パターンが両面に形成されている。このうち、受光素子部４と接続される側の配線パターンは、５本のパターンが接続端部の一辺と直交する方向に平行に設けられており、その中央と両端の３本が基準電圧供給用のパターンＰ_VGであり、これらＰ_VGに挟まれた２カ所にそれぞれ正相信号出力用のパターンＰ_aと逆相信号出力用のパターンＰ_bが形成されている。一方、発光素子部５と接続される側の配線パターンは、３本のパターンが接続端部の一辺と直交する方向に平行に設けられており、中央が発光させる光信号に対応する信号を供給するパターンＰ_pdであり、両側は基準電圧供給用のパターンＰ_VCである。パターンＰ_VGそれぞれは、その延長上で相互に接続される一方、パターンＰ_VCもその延長上で両者が接続されている。しかし、パターンＰ_VGとパターンＰ_VC間については分離されていることが好ましい。
【００１８】
受光素子部４は、そのリードピン４３が回路基板２を挟み込むように配置されており、リードピン４３は、リードピン４３ａがパターンＰ_aに、リードピン４３ｂがパターンＰ_bに、他のリードピン４３ｃ〜４３ｅがそれぞれ対応する回路基板２の表面あるいは裏面のパターンにハンダ付けによって固定され、電気的に接続される。さらに、両側のパターンＰ_VGには、受光素子ブラケット６の脚部６１、６２がそれぞれハンダ付けされるとともに、本体６０が受光素子部４の金属筐体４２にハンダ付けされ、リードピン４３を覆っている。
【００１９】
発光素子部５もまた、そのリードピン５３が回路基板２を挟み込むように配置されており、リードピン５３は、リードピン５３ｂがパターンＰ_pdに、他のリードピン５３ａ、５３ｃが対応する回路基板２の裏面のパターンにハンダ付けによって固定され、電気的に接続される。さらに、両側のパターンＰ_VCには、発光素子ブラケット７の脚部７１、７２がそれぞれハンダ付けされるとともに、本体７０が発光素子部５の金属筐体５２にハンダ付けされ、リードピン５３を覆っている。
【００２０】
このように、配線パターンを配置することで、信号ラインが基準電圧ラインに挟み込まれる形になるため、信号ラインを低インダクタンスに維持して、信号ラインへのノイズの影響を低減することができる。さらに、リードピンを基準電圧に維持されているブラケットで覆うことで、そのシールド性を高め、外部からのノイズの侵入および、発光素子、受光素子間のクロストークの発生を抑制することができる。
【００２１】
この光トランシーバーの組み立てについて説明する。まず、ハウジング１の光コネクタ部１１に設けられた対応する円筒形の孔１２、１３内に受光素子部４と発光素子部５のフェルール４１、５１部分を挿入する。各素子部４、５には予めブラケット６、７をその突起部６３、７３を用いて仮止めしておく。
【００２２】
この状態でハウジング１に設けられたスリットを利用して、その後方（図８でいうと右側）から回路基板２を挿入していく。図１１（ａ）に示されるように、回路基板２の先端がハウジング１内に設けられた側壁１５に突き当てると、その際にリードピン４３、５３と回路基板２の端部とが接触し、回路基板２の端部をリードピン４３、５３が挟み込んで受光素子部４と発光素子部５とが回路基板２に接続される。この状態では、まだハンダ付けは行わず、リードピン４３、５３および各ブラケット６、７の脚部６１、６２、７１、７２と回路基板２のパターンとは接触している状態にすぎない。それから、回路基板２の後ろから基板止め３を挿入して、基板止め３とハウジング１とを係合することで、回路基板２をハウジング１へと固定する。
【００２３】
続いて、ブラケットホルダー８をその突起部８２、８３が受光素子部４と発光素子部５との間に入るように差し込み、その爪８２ａ、８３ａをハウジング１の切欠き１７に設けた係合部１３、１４に係合させることで、ブラケットホルダー８をハウジング１へと固定する。このとき、突起部８２、８３の間にＵ字状の空間８５が存在することから、係合部１３、１４の間の孔に突起部８２、８３を挿入するときに突起部８２、８３が内側へと撓んで容易に挿入できるとともに、挿入後は各突起部８２、８３がその弾性によって元の形状へ戻って広がるため、この爪８２ａ、８３ａ部分によって確実に係合部１３、１４と係合することができる。
【００２４】
また、挿入の際に、ホルダー８の斜面状の側壁８４とハウジング１の斜面状の側壁１６とを一致させることで、ホルダー８挿入によってホルダー８の突起部８１ａが受光素子部４のフランジ部分を押圧して軸方向に押圧し、正確に孔１２内に配置することができる。図示していないが、突起部８２ａと発光素子部５についても同様の関係が成立する。この結果、ハウジング１内での受光素子部４と発光素子部５の光軸方向における端面位置を正確に規定することができる。
【００２５】
なお、この側壁８４の光軸平面（受光素子部４と発光素子部５の光軸がなす平面、回路基板２の基板表面に合致する）となす角度は４０°より小さいとブラケットホルダー８の挿入時の水平方向への移動量が大きくなるため好ましくない。また、８０°より大きいとこのスライドによる押圧効果が充分でなくなるため好ましくない。したがって、４０°〜８０°とすることが好ましい。
【００２６】
ブラケットホルダー８の係合後に、ブラケットホルダー８の後方の隙間から覗いているリードピン４３、５３のそれぞれとブラケット６、７の脚部６１、６２、７１、７２を対応する配線パターンにハンダ付けするとともに、ブラケット６、７の本体を受光素子４、発光素子５の各筐体４２、５２にハンダ付けする。最後に、アッテネーター１０とケース９を取り付けることで本光トランシーバーが完成する。
【００２７】
光コネクタ１１にはＬＣコネクタ付光ファイバが接続されるが、このとき、ＬＣコネクタはハウジング１の光コネクタ１１部に設けられた爪に係合され、受光素子部４または発光素子部５を基板方向に押圧する。この押圧力は約１５Ｎ＝約１．５ｋｇと規定されている。本実施形態では、この押圧力を突起部８０ａ、８１ａの側面が受けてブラケットホルダー８内で吸収することにより、リードピン４３、５３の接続部にこの押圧力が伝わることがなく、ハンダ付け部分の損傷による電気的な特性の劣化が起こることがない。このため、接続を繰り返した場合でも安定した性能を維持することができる。
【００２８】
上記実施形態では、ブラケット６、７の両者を設置したが、いずれか一方を設置するだけでもその電気的特性を向上させる効果が得られる。
【００２９】
本発明者らは、本願の以上の効果を確認するため、従来の製品との性能比較試験を行ったのでその結果について説明する。
【００３０】
まず、図１２は、ブラケット６、７の両者を用いていない比較例と、受光素子ブラケット６のみを取り付けた実施例１、発光素子ブラケット７のみを取り付けた実施例２のそれぞれについて行った送信側のＥＭＩ（電波障害）試験の試験結果を示すグラフである。高周波領域ほどブラケットを設置することでノイズを抑制できる効果が確認された。
【００３１】
図１３、図１４は、ブラケット６、７両者を取り付けた実施例３と上記実施例１、２および比較例についての受信側のＲＥＳ特性の試験結果を示すグラフである。図に示されるように特に受信側にブラケットを設置することでＲＥＳ特性を向上させる効果が確認された。
【００３２】
図１５は、実施例３における送信波形（図１５（ａ））と比較例における送信波形（図１５（ｂ））とを比較した図である。ブラケットと配線パターンの工夫によって実施例３では比較例に対して送信波形が安定し、クロストーク量が比較例の０．９２ｄＢから０．３８ｄＢへと抑制されることが確認された。
【００３３】
図１６、図１７は、実施例３について電気コネクタおよび光コネクタの着脱を繰り返した場合の着脱回数による性能の変化を表す図である。図１６、図１７から明らかなように、実施例３においては、着脱を５００回繰り返した後でもその特性は着脱を行う前とほとんど変化することがなく、多数回の着脱に対して充分な耐性を有していることが確認された。
【００３４】
本発明は、ＳＦＰ、ＳＦＦタイプの光トランシーバーに限られるものではなく、リードピン構造の各種の光モジュールに対しても好適に適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、発光素子部と受光素子部とを端面に向かって押圧して固定する押圧固定部材により、発光素子部と受光素子部が受ける力を吸収して基板との接続部へ余計な力が伝わらないようにするので、接続部の劣化や破損を防ぎ、多数回の着脱に対して耐性のある光モジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光モジュール（光トランシーバ）の構成部品を示す分解図である。
【図２】図１の装置の発光素子部（図５（ａ））と受光素子部（図５（ｂ））をそれぞれ示す図である。
【図３】図１の装置の発光素子ブラケットを示す斜視図である。
【図４】図１の装置の受光素子ブラケットを示す斜視図である。
【図５】図１の装置のブラケットホルダーを示す斜視図である。
【図６】図５のVI−VI線断面図である。
【図７】図１の装置における発光・受光素子部と各ブラケット及び回路基板の関係を示す部分斜視図である。
【図８】図１の装置の図７のVIII−VIII線を含む断面図である。
【図９】ハウジングへの発光素子、受光素子、回路基板等の取り付け状態を説明する図である。
【図１０】ブラケットの取り付け状態を説明する図である。
【図１１】図１の装置のブラケットホルダーの取り付け状態を説明する図である。
【図１２】図１の装置と従来装置とを比較したＥＭＩ試験結果を示すグラフである。
【図１３】図１の装置と従来装置とを比較したＲＥＳ試験結果を示すグラフである。
【図１４】図１の装置と従来装置とを比較した別のＲＥＳ試験結果を示すグラフである。
【図１５】図１の装置と従来装置とで送信波形を比較したグラフである。
【図１６】図１の装置においてコネクタ着脱回数による特性の変化を表すグラフである。
【図１７】図１の装置においてコネクタ着脱回数による受信波形、送信波形、コネクタ表面の変化を示す図である。
【符号の説明】
１…ハウジング、２…回路基板、３…基板止め、４…受光素子部、５…発光素子部、６…受光素子ブラケット、７…発光素子ブラケット、８…ブラケットホルダー、９…カバー、１０…アクチュエータ、

Claims (3)

1. ハウジング内部に、電子回路を有する基板と、前記電子回路に接続された光入出力端を有する発光素子部及び受光素子部を備える光モジュールにおいて、
   前記発光素子部と前記受光素子部はハウジング内の略円筒形の孔に円筒形の先端部が収容されるとともに、この先端部より直径の大きいフランジ部を有しており、前記ハウジングは前記略円筒形の孔より後方に斜面壁を備えており、
   前記ハウジングの斜面壁に対応して設けられた斜面壁により、この斜面壁方向にスライドして前記ハウジングに係合され、前記発光素子部と前記受光素子部の前記フランジ部を前記ハウジングに押圧して固定する突起部を有する押圧固定部材をさらに備えている光モジュール。
2. 前記押圧固定部材は、先端に爪を有する弾性のある突起によって前記ハウジングの切欠きに係合される請求項１記載の光モジュール。
3. 前記斜面壁の壁面は、基板の水平面と４０°〜８０°の角度をなしている請求項１または２に記載の光モジュール。

Images