JP6223671B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は光送信器と光受信器とを搭載した光モジュールに関する。

光通信を行う光通信装置には、他の光通信装置と光信号をやりとりするモジュールである光モジュールが搭載されている。光モジュールには光送信器と光受信器とが実装されている。光送信器にはレーザーダイオードや光変調器などが搭載されている。光受信器には受光器などが搭載されている。一般的に、光通信を行う装置の筐体には複数の光モジュールが搭載される。

近年、光モジュールの小型化についての要求が高まっている。このため、光送信器、光受信器、またこれらを駆動する回路などを光モジュールのケース内に実装することが困難になってきている。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、従来より小型化された光モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明にかかる光モジュールは、光送信器と、光受信器と、メイン基板と、を含み、前記メイン基板は、平面的にみて、光送信器と光受信器の間にある第１の部分と、前記第１の部分に連続しかつ前記光送信器と前記光受信器との間隔より広い幅を有する第２の部分とを有し、前記第１の部分からみて前記光送信器の向こう側、および、前記光受信器の向こう側には前記メイン基板は存在しない、ことを特徴とする。

また、本発明の一態様では、前記メイン基板は前記第１の部分に連続する第３の部分をさらに有し、前記第２の部分および前記第３の部分は、前記光送信器および前記光受信器を挟んでいてもよい。

また、本発明の一態様では、前記メイン基板に対向するサブ基板をさらに含み、前記光送信器および前記光受信器は、前記サブ基板に固定されてもよい。

また、本発明の一態様では、前記第１の部分に実装され前記サブ基板と接続するコネクタをさらに含んでいてもよい。

また、本発明の一態様では、前記光送信器および前記光受信器の高さは、前記メイン基板と前記サブ基板との間隔より大きくてもよい。

また、本発明の一態様では、前記光送信器と前記光受信器とのそれぞれは、平面的にみて四角形の４隅に対応する箇所に設けられ、ネジにより前記サブ基板に固定される４つの固定部と、前記四角形のうち対向する２辺の間に設けられた本体部と、前記対向する２辺のうち一方に対応する２つの前記固定部の間と他方に対応する２つの前記固定部の間との少なくとも一方に設けられ、前記サブ基板と前記本体部とを接続する接続配線と、を含んでいてもよい。

本発明にかかる他の光モジュールは、光送信器と、光受信器と、メイン基板と、前記メイン基板に対向するサブ基板と、を含み、前記メイン基板は、平面的にみて、光送信器と光受信器の間にある第１の部分を有し、前記第１の部分には、前記メイン基板と前記サブ基板とを接続するコネクタが配置されることを特徴とする。

本発明の一態様では、前記光送信器および前記光受信器は、それぞれ電気信号を伝達するための接続配線を有し、前記光送信器および前記光受信器の各々が有する前記接続配線は、前記メイン基板と接続され、前記光送信器および前記光受信器は、前記サブ基板に固定されてもよい。

本発明によれば、光送信器や光受信器が実装された光モジュールを従来より小型化することができる。

本発明の実施形態にかかる光モジュールの構成の一例を示す斜視図である。 図１に示す光モジュールの平面図である。 図２のIII−III切断線における断面図である。 光モジュールの比較例を示す図である。 図４に示す光モジュールのＶ−Ｖ切断線における断面図である。

以下では、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。出現する構成要素のうち同一機能を有するものには同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態にかかる光モジュール４９の構成の一例を示す斜視図である。また図２は、図１に示す光モジュール４９の平面図である。図１に示す光モジュール４９は、シリアルで４０Ｇｂｐｓの通信速度を有し、ＭＳＡ（Multi-Source Agreement）規格のうちＣＦＰに準拠したサイズのものである。この光モジュール４９は光トランシーバとも呼ばれる。

光モジュール４９は、メイン基板１、サブ基板２、光送信器３、光受信器４、送信用集積回路５、受信用集積回路６、光コネクタ７，８、水平接続コネクタ９、同軸ケーブル１１，１２、光ファイバ１３，１４、基板間接続コネクタ１５、そしてケース２１を含む。ケース２１はメイン基板１やサブ基板２等を囲む箱であり、平面的にみて長方形である。ケース２１の長方形の長手方向の一方の端の面は開口している。その開口している箇所には、光通信装置の本体と光モジュール４９とを接続する水平接続コネクタ９が露出している。以下ではケース２１の長方形の短手方向を第１の方向とよび、長手方向であってケース２１の開口している面から対向する面へ向かう方向を第２の方向と呼ぶ。なお、図１ではケース２１を構成する面のうちメイン基板１等の手前側にあるもの及び上方にあるものの記載を省略しており、図２ではケース２１の記載自体を省略している。

メイン基板１はケース２１の内部に固定されている。メイン基板１のうち、第２の方向の端であってケース２１の開口側の端に水平接続コネクタ９が接続され、反対側の端に光コネクタ７，８が配置される。メイン基板１の第１の方向でみた幅は、中央部分が水平接続コネクタ９側の部分や光コネクタ７，８側の部分より狭くなるＨ型の形状である。より具体的には、メイン基板１は、水平接続コネクタ９に連結され矩形の形状を有する根元部分８２と、光コネクタ７，８側にあり矩形の形状を有する前方部分８３と、この根元部分８２と前方部分８３とを接続し、その第１の方向でみた幅が根元部分８２や前方部分８３より狭い連絡部分８１とを有する。メイン基板１は硬い材料を用いたプリント基板であり、その両面及び内部に複数層の配線パターンが形成されている。

サブ基板２は平面的にみて矩形であり、その幅はメイン基板１の根元部分８２や前方部分８３における幅とほぼ同じであり、第２の方向で見た長さはメイン基板１より短い。サブ基板２も硬い材料を用いたプリント基板であり、その両面及び内部に複数層の配線パターンが形成されている。

図３は図２のIII−III切断線における断面図である。サブ基板２とメイン基板１とは基板間接続コネクタ１５により接続されており、サブ基板２は、メイン基板１と一定の間隔をもって対向するように配置されている。基板間接続コネクタ１５は平面的にみて連絡部分８１の中央部に配置される。

光送信器３および光受信器４は、平面的にみて連絡部分８１を挟むように位置しており、メイン基板１の下方にあるサブ基板２に固定されている。また、光送信器３および光受信器４の高さはメイン基板１とサブ基板２との間隔より大きいため、メイン基板１は平面的にみて光送信器３および光受信器４と重複しない。また光送信器３と光受信器４とは、第２の方向でみると、根元部分８２と前方部分８３とに挟まれている。また、メイン基板１と光送信器３や光受信器４のそれぞれとの間隔は一定の範囲に収まっている。

根元部分８２には、送信用集積回路５と受信用集積回路６とが配置される。送信用集積回路５の第２の方向には光送信器３が配置され、受信用集積回路６の第２の方向には光受信器４が配置される。光送信器３の根元部分８２の側と送信用集積回路５とは同軸ケーブル１１を介して接続され、光受信器４の根元部分８２の側と、受信用集積回路６とは同軸ケーブル１２を介して接続される。

光コネクタ７，８は前方部分８３上の特に第２の方向側の端に配置される。光コネクタ７は、光ファイバ１３と外部に向けて光信号を送信するための送信用光ファイバとを接続する。また光コネクタ８は、この外部からの光信号を受信するための受信用光ファイバと光ファイバ１４とを接続する。光ファイバ１３，１４はメイン基板１の前方部分８３の上で１周以上回転するように曲げられている。これにより、光送信器３や光受信器４と、光コネクタ７，８との間の光軸の位置の違いを吸収している。また前方部分８３には、図示していないが光送信器３や光受信器４を制御する制御用集積回路が実装される。

メイン基板１の形状を図２に示す形状にすることにより、光モジュール４９を確実に小型化することが可能となる。このことは、この構成を取らない場合の例と比べるとより明らかである。

図４は、光モジュール９９の比較例を示す図である。また図５は図４に示す光モジュール９９のＶ−Ｖ切断線における断面図である。図４に示す光モジュール９９は、メイン基板５１と、光送信器５３と、光受信器５４と、送信用集積回路５５と、受信用集積回路５６と、同軸ケーブル６１，６２と、光ファイバ６３，６４と、光コネクタ５７，５８と、垂直接続コネクタ５９とを含む。本図に示す光モジュール９９では、光送信器５３はリード線７１によりメイン基板５１と電気的な接続がされ、光受信器５４はリード線７２によりメイン基板５１と電気的な接続がされている。また光送信器５３と光受信器５４はそれぞれ、その下部にて図示しないケースにねじ等で固定されている。光送信器５３と光受信器５４はそれぞれ両側にて電気的な接続をするために、メイン基板５１の一辺に２つの切り欠きが設けられている。この２つの切り欠きは、それぞれ光送信器５３および光受信器５４の形状にあわせたものになっている。

このような場合、光送信器５３と光受信器５４との間だけでなく、光送信器５３の外側や光受信器５４の外側にもメイン基板５１を設ける必要が生じる。メイン基板５１のようなプリント基板においては、必ず製造誤差が発生する。例えば、基板をカットする際の断線を避けるため、基板の端から一定の距離以内の部分（以下では「基板縁部」と記載する）には配線パターンを設けることができない。したがって、この比較例ではＶ−Ｖ切断線に沿ってみると６箇所の基板縁部があることになる。一方、図２に示すような本発明の実施形態にかかる光モジュール４９では光送信器５３の外側や光受信器５４の外側にはメイン基板１が設けられていない。そのため、図２に示す実施形態の例では、III−III切断線に沿って２箇所の基板縁部しかないため、図４に示すメイン基板５１よりメイン基板１の幅が狭くても配線のスペースを確保することが可能となる。

以下では、送受信に用いる構成要素についてさらに詳細に説明する。送信用集積回路５は、いわゆるマルチプレクサ回路を有し、水平接続コネクタ９を介して光通信装置の本体から入力されるパラレルの送信データをシリアルの送信データに変換し、同軸ケーブル１１に向けて出力する。

光送信器３は内部にレーザダイオードや光変調器を有し、送信データの電気信号は同軸ケーブル１１から入力される。また光送信器３が送信データを変調した光を出力する光出力端は円錐状の筺体を介して光ファイバ１３に接続されている。光送信器３はＴＯＳＡ（Transmitter Optical SubAssembly）とも呼ばれる。

光送信器３は箱形であり、平面的にみてその箱形の四隅の外側に４つの固定部３１を有し、また光送信器３の箱の連絡部分８１側と反対側とのそれぞれから外側に向かって複数のリード線３３が出ている。４つの固定部３１はネジ３２を用いてサブ基板２に固定されており、リード線３３もサブ基板２に形成された端子と電気的に接続している。光送信器３の連絡部分８１側に出ているリード線３３はその連絡部分８１側にある２つの固定部３１の間に配置され、反対側に出ているリード線３３はそのリード線３３が出ている側にある２つの固定部３１の間に配置される。なお、光送信器３や後述する光受信器４のように横に複数のリード線が出ている構造はバタフライ構造と呼ばれている。

これらのリード線３３は、光送信器３の特性を示す信号を出力するものと、特性を制御するための信号を入力するものと、光送信器３に電源を供給するものとを含む。具体的には一部のリード線３３は、光送信器３の温度やレーザダイオードの出力パワーなどのモニタ信号のそれぞれを出力し、他のリード線３３の一部には、レーザダイオードの出力パワーや光変調器のバイアス電圧など、光送信器３の特性を制御する信号が入力される。光送信器３はこれらの信号を、基板間接続コネクタ１５を介してメイン基板１上の制御用集積回路との間でやりとりする。

このように２つの固定部３１の間にリード線３３を配置することで、光送信器３において第１の方向にリード線３３が張り出す幅を抑制することが可能となり、光モジュール４９の幅をより確実に小型化することが可能になる。

光送信器３の上面には、図示しない放熱用シートが接しており、その放熱用シートはケース２１と光送信器３との間に挟まれている。こうすることで光送信器３に生じる熱をケース２１を介して放熱することができる。

光受信器４は内部にフォトダイオードやトランスインピーダンスアンプを有し、その光入力端は円錐状の筺体を介して光ファイバ１４に接続されている。また光受信器４は光入力端から入力された光信号を光電変換して受信データの電気信号を生成し、その電気信号を同軸ケーブル１２から出力する。光受信器４はＲＯＳＡ（Receiver Optical SubAssembly）とも呼ばれる。

光受信器４も箱形であり、その箱形の四隅の外側に４つの固定部３１を有し、また光受信器４の連絡部分８１側と反対側とのそれぞれから外側に向かって複数のリード線４３が出ている。４つの固定部４１はネジ４２を用いてサブ基板２に固定されており、リード線４３もサブ基板２上に形成された端子に電気的に接続している。光送信器３の連絡部分８１側に出ているリード線４３はその連絡部分８１側にある２つの固定部４１の間に配置され、反対側に出ているリード線４３はそのリード線４３が出ている側にある２つの固定部４１の間に配置される。

これらのリード線４３は、光受信器４の特性を示す信号を出力するものと、光受信器４に電源を供給するものとを含む。例えば、一部のリード線４３は、フォトダイオードへの入力パワーなどのモニタ信号を出力する。光受信器４はこれらの信号を、基板間接続コネクタ１５を介してメイン基板１上の制御用集積回路との間でやりとりする。

このように２つの固定部４１の間にリード線４３を配置することで、光受信器４において第１の方向にリード線４３が張り出す幅を抑制することが可能となり、光モジュール４９の幅をより確実に小型化することが可能になる。

前述したように、光送信器３と光受信器４はケース２１とは物理的にも電気的にも直接的には接していない。図４、５に示した比較例では光送信器５３と光受信器５４はケースに固定されており、ケースのグランドと光送信器５３と光受信器５４のグランドは共通となっていた。しかしグランドを共通とした場合は、例えばケースにノイズ信号（例えば電磁妨害波）が伝達された場合などに、光送信器５３と光受信器５４にもノイズ信号が伝達され、特性が劣化する恐れがある。本願発明の構造では、ケース２１と光送信器３と光受信器４は直接接していなく、グランドも共通ではないため、上記のような問題を避けることができる。

なお、光送信器３や光受信器４の形状は必ずしも箱形でなくてもよい。例えば長方形の四隅となる位置で光送信器３や光受信器４が４つの固定部３１や４つの固定部４１により固定されていれば、光送信器３や光受信器４は丸みを帯びた形であってもよい。

光受信器４の下面は、サブ基板２に接している。またサブ基板２のうちその接する部分には、放熱用のパターンが設けられている。こうすることで光受信器４に生じる熱をより効率的に放熱することが可能となる。この放熱用のパターンによる放熱量は光送信器３におけるケース２１への放熱量より小さいが、光受信器４の発熱量は光送信器３より小さいので問題ない。

受信用集積回路６は、いわゆるデマルチプレクサ回路を有し、同軸ケーブル１２を介して入力されるシリアルの受信データを複数レーンからなるパラレルの受信データに変換し、変換された受信データを水平接続コネクタ９を介して光通信装置の本体へ出力する。

ここまで本発明の実施形態にかかる光モジュールの例について説明してきたが、本発明はこの例には限られない。例えば、光モジュールの通信速度は４０Ｇｂｐｓでなくてもよいし、光モジュールがＣＦＰに準拠していなくてもよい。これらの場合であっても本発明を用いて光モジュールを小型化することが可能である。

また、メイン基板１の平面的な形状は、Ｈ型でなくてもよい。例えば光コネクタ７，８とＴＯＳＡ、ＲＯＳＡとの間にメイン基板１がなくてもよい。この場合、メイン基板１の平面的な形状は凸型になり、制御用集積回路はサブ基板２などに配置されてよい。

１，５１ メイン基板、２ サブ基板、３，５３ 光送信器、４，５４ 光受信器、５，５５ 送信用集積回路、６，５６ 受信用集積回路、７，８，５７，５８ 光コネクタ、９ 水平接続コネクタ、１１，１２，６１，６２ 同軸ケーブル、１３，１４，６３，６４ 光ファイバ、１５ 基板間接続コネクタ、２１ ケース、３１，４１ 固定部、３２，４２ ネジ、３３，４３ リード線、５９ 垂直接続コネクタ、７１，７２ リード線、８１ 連絡部分、８２ 根元部分、８３ 前方部分、４９，９９ 光モジュール。

Claims (4)

1. 光送信器と、
   光受信器と、
   少なくとも内部に配線パターンが形成されたプリント基板であるメイン基板と、
   光コネクタと、を含み、
   前記メイン基板は、平面的にみて、光送信器と光受信器の間にある第１の部分と、前記第１の部分に連続しかつ前記光送信器と前記光受信器との間隔より広い幅を有する第２の部分と、前記第１の部分に連続する第３の部分とを有し、
   前記第１の部分からみて前記光送信器の向こう側、および、前記光受信器の向こう側には前記メイン基板は存在せず、
   前記第２の部分および前記第３の部分は、前記光送信器および前記光受信器を挟み、
   前記第２の部分および前記第３の部分には、それぞれ集積回路が実装されており、
   前記光送信器及び前記光受信器は、前記メイン基板の前記第３の部分の上で光ファイバにて前記光コネクタと光学的に接続されている、
   ことを特徴とする光モジュール。
2. 請求項１に記載の光モジュールであって、
   前記メイン基板に対向するサブ基板をさらに含み、
   前記光送信器および前記光受信器は、前記サブ基板に固定される、
   ことを特徴とする光モジュール。
3. 請求項２に記載の光モジュールであって、
   前記光送信器および前記光受信器の高さは、前記メイン基板と前記サブ基板との間隔より大きい、
   ことを特徴とする光モジュール。
4. 請求項２または３に記載の光モジュールであって、
   前記光送信器と前記光受信器とのそれぞれは、
   平面的にみて四角形の４隅に対応する箇所に設けられ、ネジにより前記サブ基板に固定される４つの固定部と、
   前記四角形のうち対向する２辺の間に設けられた本体部と、
   前記対向する２辺のうち一方に対応する２つの前記固定部の間と他方に対応する２つの前記固定部の間との少なくとも一方に設けられ、前記サブ基板と前記本体部とを接続する接続配線と、
   を含むことを特徴とする光モジュール。

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