JP5234059B2

JP5234059B2 - 光送受信モジュール

Info

Publication number: JP5234059B2
Application number: JP2010151575A
Authority: JP
Inventors: 清加藤; 充章田村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: JP2012014025A

Description

本発明は、複数の伝送路に同時に光信号を送受信する、光並列伝送における光送受信モジュールに関する。

電子機器間の信号の高速伝送を可能とするために、電子機器に光送受信モジュールを設け、光ファイバを介して電子機器間の信号を伝達することが行われている。このような用途に用いる光送受信モジュールは、一般的に、発光素子としてのＶＣＳＥＬ（ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ）とＶＣＳＥＬを駆動するドライバＩＣと、受光素子としてのフォトダイオードとフォトダイオードからの電気信号を増幅するトランスインピーダンスアンプとを備えている。

このような光送受信モジュールとして特許文献１は、複数の発光素子からなるＬＤアレイと、複数の受光素子からなるＰＤアレイが独立して単一のプリント基板に固定された光送受信モジュールを開示している。

特開平７−２０９５５７号公報

ところで、光送受信モジュールにおいて、ドライバＩＣからＶＣＳＥＬを駆動するために比較的高電流（約10ｍＡ）の信号が出力され、フォトダイオードからトランスインピーダンスアンプへは比較的低電流（約10μＡ）の信号が出力されている。このため、特許文献１に記載の光送受信モジュールのように共通のプリント基板上にＬＤアレイ（ＶＣＳＥＬ）とＰＤアレイ（フォトダイオード）を配置すると、各部材間の距離が近いために互いに干渉して電気的なクロストークが生じ、特にＰＤアレイ（フォトダイオード）からトランスインピーダンスアンプへの信号に大きなノイズが混入してしまう虞があった。更に、光送受信モジュールを小型化すれば配線間の距離が短くなるため、一層ノイズが増大しやすいという問題があった。

そこで本発明者らはノイズを低減するために、図３に示すようにＶＣＳＥＬ１０４ａとドライバＩＣ１０５ａを送信用基板１０２ａの上に設け、フォトダイオード１０４ｂとトランスインピーダンスアンプ１０５ｂを受信用基板１０２ｂの上に設け、これら送信用基板１０２ａと受信用基板１０２ｂとを積層することを検討した。このように構成すれば、上述の如く光送信部と光受信部とを同一のプリント基板上に配置した場合と比べて光送受信モジュール１０１の幅方向寸法（光ファイバの長手方向に直交する方向の寸法）を小さくすることができる。しかしながら、このように構成した場合は光ファイバケーブル１０６の長手方向寸法に光送受信モジュール１０１が大きくなってしまうという不具合があった。

つまり、複数の光ファイバ１０６ａ，１０６ｂは一つの光ファイバケーブル１０６として束ねられて光送受信モジュール１０１の外部に延出するので、送信用基板１０２ａと受信用基板１０２ｂとが積層されて光ファイバ１０６ａ，１０６ｂ間の間隔が大きくなると、束ねるために光ファイバ１０６ａ，１０６ｂ相互の間隔を詰めるべく光ファイバ１０６ａ，１０６ｂを曲げる必要がある。

しかしながら、光ファイバ１０６ａが曲率半径の小さい急峻な曲げ部１０６ａ１を有する場合は、該曲げ部１０６ａ１で光信号の伝送損失が大きくなって伝送効率が低下する。そこで、光ファイバ１０６ａを曲げる場合はその曲率半径が大きくなるようにゆるやかに曲げる必要があり、曲げ部１０６ａ１を長く設計する必要がある。したがって、光ファイバ１０６の曲げ部１０６ａ１が長くなる分だけ、光ファイバケーブル１０６の長手方向に光送受信モジュール１０１が大きくなってしまう。

そこで、本発明はコンパクトでかつ伝送効率の良好な光送受信モジュールを提供することを目的とする。

本発明によれば、以下の光送受信モジュールが提供される。
（１）発光素子と、前記発光素子からの光を送信する送信用光ファイバを収容する送信側光ファイバ位置決め部品と、前記発光素子の発光を電気的に制御する送信用半導体素子とが素子搭載面に設けられた送信側基板と、
受光素子と、前記受光素子へ光を伝達する受信用光ファイバを収容する受信側光ファイバ位置決め部品と、前記受光素子からの電気信号を増幅する受信用半導体素子とが素子搭載面に設けられた受信側基板と、を備えた光送受信モジュールであって、
前記送信側基板の素子搭載面と、前記受信側基板の素子搭載面とが向かい合うように配置されていることを特徴とする。

本発明に係る光送受信モジュールによれば、送信側基板の素子搭載面と受信側基板の素子搭載面とが向かい合うように配置されているので、単一の基板上に発光素子や受光素子が配置された場合と比べて光送受信モジュールの寸法を小さくしてコンパクトな光送受信モジュールを提供することができる。
また、送信側基板の素子搭載面と受信側基板の素子搭載面とが向かい合うように設けられているので、送信側基板と受信側基板との間に送信側光ファイバ位置決め部品と受信側光ファイバ位置決め部品とが配置され、送信側光ファイバと受信側光ファイバとの間隔が小さくなる。したがって、これらの光ファイバの曲げ部を大きく設定することなくひとつの光ファイバケーブルとしてまとめることができるので、光ファイバの曲げ部によって伝送損失が発生することを抑えることができる。よってコンパクトで光伝送効率に優れた光送受信モジュールを提供することができる。

本発明の実施形態に係る光送受信モジュールを用いた電子機器間の構成例を示す模式図である。本発明の実施形態に係る光送受信モジュールの縦断面図である。本発明の比較例に係る光送受信モジュールの縦断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る光送受信モジュールを、図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る光送受信モジュール１は、図１に示すように、光ファイバケーブル６を計算機等の第１電子機器２０及び第２電子機器３０に接続するための装置である。例えば、第１電子機器２０の電気信号は、第１電子機器２０に取り付けられた光送受信モジュール１で光信号に変換されて光ファイバケーブル６中に伝送され、光ファイバケーブル６中を伝送された光信号は第２電子機器３０に取り付けられた光送受信モジュール１で電気信号に変換されて、第２電子機器３０に取り込まれる。同様に、第２電子機器３０の電気信号も、第２電子機器３０に取り付けられた光送受信モジュール１、光ファイバケーブル６、第１電子機器２０に取り付けられた光送受信モジュール１を介して第１電子機器２０に伝送される。

このように、本実施形態に係る光送受信モジュール１は電気信号を光信号として送信する機能と、光信号を電気信号として受信する機能を併せ持っている。この光送受信モジュール１の詳細を図２を用いて説明する。

図２は本発明の実施形態に係る光送受信モジュール１の縦断面図である。光送受信モジュール１は、送信側基板２ａと、送信側基板２ａと対向するように配置された受信側基板２ｂと、これらの送信側基板２ａ及び受信側基板２ｂを覆う金属製のハウジング１０とを有する。なお、以下の説明では、送信側の部材には符号の末尾にａを、受信側の部材には符号の末尾にｂを付している。

送信側基板２ａの上には、送信側光ファイバ６ａを精度良く発光素子４ａに対して位置決めする送信側フェルール（送信側光ファイバ位置決め部品）３ａが接着剤等の固定手段により固定されている。この送信側フェルール３ａの一端側にはＶＣＳＥＬ等の発光素子４ａが、発光面を送信側フェルール３ａの端面に対向するように取り付けられている。

なお、ここでいう送信側光ファイバ６ａとは便宜上の名称である。例えば、図１の第１電子機器２０から第２電子機器３０へ光信号を伝送する際は、光信号を送信する第１電子機器２０に取り付けられた光送受信モジュール１の送信側光ファイバ６ａは、光信号を受信する第２電子機器３０に取り付けられた光送受信モジュール１にとっては受信側光ファイバ６ｂになる。なお、送信側光ファイバ６ａ、受信側光ファイバ６ｂとして機能する複数の光ファイバ６ａ，６ｂは単一の光ファイバケーブル６としてまとめられている。

送信側フェルール３ａの内部には送信側光ファイバ６ａが発光素子４ａの発光面に対向するように挿入される挿通孔が貫通するように設けられており、送信側光ファイバ６ａを挿通孔に挿通すれば発光素子４ａに対して精度良く位置決めすることができる。送信側光ファイバ６ａはこの挿通孔に挿通されて一端が発光素子４ａの発光面に対向され、中間部（図２の右側端部）は光ファイバケーブル６としてまとめられハウジング１０の外部に延出されている。このように、送信側フェルール３ａを用いて発光素子４ａと送信側光ファイバ６ａとを位置決め精度良く配置すると、発光素子４ａからの光を効率よく送信側光ファイバ６ａへ入力することができる。

発光素子４ａは送信側フェルール３ａの一端面に取り付けられたリードフレーム３１ａにはんだ付け等によって電気的に接続した状態で固定され、リードフレーム３１ａは送信側基板２ａ上に設けられた素子間配線７ａを介して送信側基板２ａに設けられたドライバＩＣ等の送信側半導体素子５ａと電気的に接続されている。

送信側光ファイバ６ａの長手方向に関して送信側基板２ａの送信側フェルール３ａの反対側には、送信側半導体素子５ａを第１又は第２電子機器２０，３０と電気的に接続する送信側外部用配線８ａが素子搭載面２１ａに設けられており、第１又は第２電子機器２０，３０と送信側半導体素子５ａとを電気的に接続している。

以上の送信側フェルール３ａ、送信側半導体素子５ａはいずれも送信側基板２ａの素子搭載面２１ａに設けられ、送信側基板２ａは、その素子搭載面２１ａが後述する受信側基板２ｂの素子搭載面２１ｂと向かい合うように配置されている。

受信側基板２ｂの上には、受信側フェルール（受信側光ファイバ位置決め部品）３ｂが接着剤等の固定手段により固定されている。この受信側フェルール３ｂの一端側には受光素子としてのフォトダイオード等の受光素子４ｂが、その受光面が受信側フェルール３ｂの端面に対向するように取り付けられている。

また、受信側フェルール３ｂの内部には、受信側光ファイバ６ｂが受光素子４ｂの受光面に対向するように挿入される挿通孔が貫通するように設けられており、受信側光ファイバ６ｂはこの挿通孔に挿通されて一端が受光素子４ｂの発光面に対向され、中間部（図２の右側端部）は光ファイバケーブル６としてまとめられてハウジング１０の外部に延出されている。

受光素子４ｂは受信側フェルール３ｂに取り付けられたリードフレーム３１ｂにはんだ付けされ、リードフレーム３１ｂは受信側基板２ｂ上に設けられた受信側素子間配線７ｂを介して同じく受信側基板２ｂに設けられたトランスインピーダンスアンプ等の受信側半導体素子５ｂと電気的に接続されている。

受信側光ファイバ６ｂの長手方向に関して受信側基板２ｂの受信側フェルール３ｂの反対側には、受光側半導体素子５ｂを第１又は第２電子機器２０，３０と電気的に接続する受信側外部用配線８ｂが素子搭載面２１ｂに設けられており、第１又は第２電子機器２０，３０と受信側半導体素子５ｂとが電気的に接続されている。

以上の受信側フェルール３ｂ及び受光側半導体素子５ｂはいずれも受信側基板２ｂの素子搭載面２１ｂに設けられ、受信側基板２ｂはその素子搭載面２１ｂが送信側基板２ａの素子搭載面２１ａと向かい合うように配置されている。

以上のように構成される光送受信モジュール１の動作について、図１の第１電子機器２０から第２電子機器３０へ信号が伝達される場合を例に挙げて説明する。

まず、第１電子機器２０の電気信号は、第１電子機器２０に取り付けられた光送受信モジュール１の送信側外部用配線８ａを介して送信側半導体素子５ａに入力される。送信側半導体素子５ａは入力された電気信号に応じた電流信号を送信側素子間配線７ａ，リードフレーム３１ａを介して発光素子４ａに出力する。発光素子４ａは入力された電流信号に応じて光信号を発し、光信号は送信用光ファイバ６ａ（光ファイバケーブル６）中を伝送される。

光ファイバ６中を伝送された光信号は、第２電子機器３０に取り付けられた光送受信モジュール１の受信用光ファイバ６ｂから受光素子４ｂに入射する。受光素子４ｂは受光した光信号に応じて電流信号を出力し、この電流信号はリードフレーム３１ｂ、受信側素子間配線７ｂを通じて受光側半導体素子５ｂに入力される。受光側半導体素子５ｂは入力された電流信号を電圧信号に変換し、増幅して受信側外部用配線８ｂを介して第２外部機器３０へ出力し、第１電子機器２０から第２電子機器３０へ信号が伝達される。

以上のように構成される送信側基板２ａと受信側基板２ｂは、その素子搭載面２１ａ，２１ｂが向かい合うように、ハウジング１０の内部に設けられている。したがって、送信用フェルール３ａ及び受信用フェルール３ｂは互いに対向するように設けられ、またこれら送信用フェルール３ａ及び受信用フェルール３ｂから延びる送信用光ファイバ６ａ及び受信用光ファイバ６ｂも対向した状態でハウジング１０の外部に延出する。

このように送信用光ファイバ６ａ及び受信用光ファイバ６ｂの間隔が狭いので、これらの光ファイバ６ａ，６ｂをまとめて光ファイバケーブル６とするときに、光ファイバ６ａ，６ｂの間隔を更に狭めるべく光ファイバ６ａ，６ｂを曲げて曲げ部を形成しても、その曲げ部を小さくすることができる。また、曲げ部を小さくした分だけ光送受信モジュール１の光ファイバケーブル６の長手方向寸法を小さくすることができる。

なお、本実施形態においては、光ファイバケーブル６中の各光ファイバ相互の間隔と、光送受信モジュール１内部の光ファイバ６ａ，６ｂとの間隔が等しくなるように、送信側基板２ａと受信側基板２ｂとの間隔、送信側フェルール３ａ及び受信側フェルール３ｂの挿通孔の設ける位置を調整している。したがって、送信側光ファイバ６ａ或いは受信側光ファイバ６ｂを曲げて曲げ部を形成する必要がないので、高い伝送効率を有する光送受信モジュール１を提供することができる。また、本実施形態に係る光送受信モジュール１によれば、図３のように素子搭載面が上面を向いた状態で複数の基板を積層させた場合と比べて、曲げ部１０６ａ１の占める領域Ａの分だけ光ファイバケーブル６の長手方向寸法を小さくすることができる。

また、この光送受信モジュール１は、送信側基板２ａの素子搭載面２１ａ及び受信側基板２ｂの素子搭載面２１ｂが対向するように配置されている。したがって、発光素子４ａ等の送信側の部材と、受光素子４ｂ等の受信側の部材とを単一の基板に横並びに配列させた（光ファイバ６ａ，６ｂの長手方向と直交する方向に並べた）場合と比べて、光送受信モジュール１の幅寸法を小さくし、全体をコンパクトに構成することができる。光送受信モジュール１が多チャンネルを備えて複数の信号を並列的に送受信する場合には、特に光送受信モジュール１全体をコンパクトに構成することができる。

なお、この光送受信モジュール１において、送信側半導体素子５ａから発光素子４ａへ送信側素子間配線７ａを流れる電流が比較的大きく（約10ｍＡ）、一方、受光素子４ｂから受光側半導体素子５ｂへ受信側素子間配線７ｂを流れる電流は比較的小さい（約10μＡ）ので、受信側素子間配線７ｂはクロストークの影響を受けやすい。

しかしながら、上述の如く光送受信モジュール１をコンパクトに構成しても、クロストークの影響を受けやすい受信側素子間配線７ｂが、送信側フェルール３ａと受信側フェルール３ｂの占める空間を挟んで比較的大きな電流の流れる送信側素子間配線７ａの反対側に位置することになり、送信側素子間配線７ａと受信側素子間配線７ｂとの間隔を大きく設定することができる。したがって、受信側素子間配線７ｂの送信側素子間配線７ａによるクロストークの影響を低減することができる。なお、送信側フェルール３ａ及び受信側フェルール３ｂの高さ（図２の上下方向寸法）を大きくして送信側素子間配線７ａと受信側素子間配線７ｂとの間隔を広げることによって、更にクロストークを低減させることができる。

１：光送受信モジュール、２ａ：送信側基板、２ｂ：受信側基板、２１ａ，２１ｂ：素子搭載面、３ａ：送信側光ファイバ位置決め部品、３ｂ：受信側光ファイバ位置決め部品、４ａ：発光素子、４ｂ：受光素子、５ａ：送信側半導体素子、５ｂ：受信側半導体素子、６ａ：送信側光ファイバ、６ｂ：受信側光ファイバ、１０：ハウジング

Claims

発光素子と、前記発光素子からの光を送信する送信用光ファイバを収容する送信側光ファイバ位置決め部品と、前記発光素子の発光を電気的に制御する送信用半導体素子とが素子搭載面に設けられた送信側基板と、
受光素子と、前記受光素子へ光を伝達する受信用光ファイバを収容する受信側光ファイバ位置決め部品と、前記受光素子からの電気信号を増幅する受信用半導体素子とが素子搭載面に設けられた受信側基板と、を備えた光送受信モジュールであって、
前記送信側基板の素子搭載面と、前記受信側基板の素子搭載面とが向かい合うように配置されており、
光ファイバケーブル中の前記送信用光ファイバと前記受信用光ファイバとの間隔が、前記光送受信モジュール内の前記送信用光ファイバと前記受信用光ファイバとの間隔と等しくなるように、前記送信側基板と前記受信側基板との間隔と、前記送信側光ファイバ位置決め部品と受信側光ファイバ位置決め部品との間隔とが調整されていることを特徴とする。