JP5205853B2 - 一心双方向光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、回路基板への取付けを容易にすると共に送信側から受信側への信号の電気的クロストークを低減した、１本の光ファイバを用いて光信号を送受信する一心双方向光モジュールに関する。

近年、光アクセス系を中心として、１本の光ファイバで上りと下りの信号を送受信する一心双方向通信の需要が急速に拡大しつつある。この一心双方向通信で光信号を送受信する一心双方向光モジュールに求められる伝送速度は高く、例えばＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）に用いられた場合等では、ギガビットクラスである。２波長以上が多重化された光信号を上述のような高伝送速度において正確に送受信するには（すなわち高品質な伝送を可能とするには）、送信部から受信部への電気的クロストークを低減することが必要である。

一心双方向光モジュールの光信号送信部からの電気的クロストークを低減する技術として、例えば、特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載の一心双方向光モジュールは、図７に示すように、光信号送信部１１及び光信号受信部１２を金属製の筐体１３に保持している。この一心双方向光モジュールは、光信号送信部１１のリードピン１１ａと回路基板２０の導電パターン２２とが半田接続されると共に、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、回路基板２０に固着される一対の金属製の部材９０で回路基板２０の表裏両側から挟持されて、回路基板２０に取付けられている。この一心双方向光モジュールにおいては、回路基板２０に取付ける際に用いる金属製の部材９０で、筐体の一部分（光信号送信部を保持する部分）を覆い、金属製の部材９０をグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続することにより、上記電気的クロストークを低減するようにしている。
特開２００６−１２６４９５号公報

図７に示した、特許文献１に開示の技術のように、ノイズ源である光信号送信部１１の周辺の筐体１３を、ＧＮＤに電気的に接続する金属製の部材９０で挟持／固定しＧＮＤ強化を行うことで、光信号送信部１１から光信号受信部１２への信号の電気的クロストークに対しては、一定の効果が認められる。しかし、本発明者が行った電磁ノイズ解析によれば、筐体１３の電位は、ミクロには、ＧＮＤと接続されている金属製の部材９０から離れるにつれて、空中を伝播されるノイズの影響や筐体１３を伝播するノイズの影響などによって不安定なＧＮＤ電位となっており、電気的クロストーク低減の観点からさらなる改善の余地がある。また、特許文献１では、一心双方向光モジュール１００の光信号送信部１１を覆う金属製の部材９０により回路基板２０の表裏から当該モジュール１００を挟んで回路基板２０に取付けており、取付け作業に手間を用し、取付け構造としても改善の余地がある。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、送信部から受信部への信号の電気的クロストークを低減すると共に、回路基板への取付けを容易にした一心双方向光モジュールを提供することを目的とする。

本発明による一心双方向光モジュールは、第１の軸線に沿って配置された第１の光信号を送信する送信部と、第１の軸線と交差する第２の軸線に沿って配置された第２の光信号を受信する受信部と、を備え、第１の軸線と第２の軸線の交差部に第１の光フィルタを配し、第１の軸線上に配された光ファイバを介して第１の光信号を送信し第２の光信号を受信するものであって、送信部、受信部及び光ファイバのそれぞれを保持する筐体部分を、回路基板の片側から取付け可能な共通の導電金属部材で覆ってグラウンド接続することを特徴とする。

また、一心双方向光モジュールが、第１の軸線と交差する第３の軸線に沿って配置された第３の光信号を受信する受信部を備え、第１の軸線と第３の軸線の交差部に第２の光フィルタを配し、光ファイバを介して第３の光信号を受信するようにしてもよい。
なお、導電金属部材は、上記筐体部分と溶接により接合するための開口を有することが好ましい。また、導電金属部材は、略円筒形状を半割りにした２つの部材からなると共に、その２つの部材で上記筐体部分を挟持して取付けられることも好ましい。

本発明によれば、一心双方向光モジュールの回路基板への取付けが容易になると共に、当該モジュールを備えた機器（例えば、光トランシーバ）における送信部から受信部への信号の電気的クロストークを低減することができる。そのため、一心双方向光モジュールを備える機器の製造コストを抑えることができるとともに、当該モジュールの受信部において良好な受信感度特性やＣＮ比が得られる。

図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る一心双方向光モジュール（以下、光送受信モジュールという）について説明する図であり、図１（Ａ）は本光送受信モジュールの斜視図、図１（Ｂ）はその平面図である。また、図２（Ａ）は本光送受信モジュールが回路基板へ取付けられている様子を導電金属部材の図示を省略して示す図であり、図２（Ｂ）は本光送受信モジュール内における光結合の様子を説明する模式図である。

本発明による光送受信モジュール１は、図１に示すように、光送受信モジュール本体１０に、回路基板２０（図２参照）に固定される導電金属部材（以下、金属部材という）３０を取付けてなる。光送受信モジュール本体１０は、図７の光送受信モジュールと同様なものであり、例えば、１本の光ファイバでデジタル光信号を送受信するダイプレクサ（Diplexer）タイプの光送受信モジュールである。光送受信モジュール本体１０に金属部材３０を取付けた状態の光送受信モジュール１は、金属部材３０を回路基板２０に固着させることにより、回路基板２０に取付けることができる。

まず、図２を用いて、光送受信モジュール本体１０（以下、モジュール本体１０という）と、回路基板２０について説明する。
モジュール本体１０は、光信号送信部１１、光信号受信部１２、筐体１３、光伝送部品１４等を有する。

光信号送信部１１及び光信号受信部１２は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、複数のリードピン１１ａ，１２ａがガラス封止されて取付けられたステム１１ｂ，１２ｂと、集光用レンズ１１ｃ，１２ｃが封止ガラスにより固定されたキャップ１１ｄ，１２ｄと、からなる同軸型のパッケージを有している。ステム１１ｂ，１２ｂ上には、後述の半導体発光素子や半導体受光素子等の搭載部品が搭載されるが、これらは上記パッケージにより封止されている。また、上記ステム１１ｂ，１２ｂは、例えば、一部が金メッキされた冷間圧延鋼（ＳＰＣＥ鋼）またはコバール材を加工したものであり、キャップ１１ｄ，１２ｄは、例えば、被削性が良いステンレススチール材料を加工したものである。ステム１１ｂ，１２ｂとキャップ１１ｄ，１２ｄとを封止溶接することにより、上記搭載部品が封止される。

光信号送信部１１には、図２（Ｂ）に示すように、第１の波長の光信号を出射する半導体発光素子（ＬＤ：Laser Diode）１１ｅが搭載されており、このＬＤ１１ｅから出射された光信号は、集光用レンズ１１ｃ及び筐体１３が有する後述のＷＤＭフィルタ１３ａを透過し、光伝送部品１４内の光ファイバ１４ａを介して、外部に伝達される。ＬＤ１１ｅは、複数のリードピン１１ａのうち一部のリードピン１１ａと電気的に接続されており、光信号送信部１１の外部から当該リードピン１１ａを介して電気的な送信信号を受ける。

光信号受信部１２には、半導体受光素子（ＰＤ：Photo Diode）１２ｅが搭載されており、このＰＤ１２ｅは、光伝送部品１４内の光ファイバ１４ａから入射されＷＤＭフィルタ１３ａで反射された光信号を、筐体１３が有する後述のカットフィルタ１３ｂと、集光用レンズ１２ｃと、を介して受光する。このＰＤ１２ｅが受光する光ファイバ１４ａを伝播してきた光信号は、光信号送信部１１から出力された光信号と異なる波長（第２の波長）を有している。また、好ましくは、光信号受信部１２には、ＰＤ１２ｅが生成した微弱な電気信号を増幅する、図示しないトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：Trans Impedance Amplifier）が搭載される。

ＴＩＡを搭載した場合、ＰＤ１２ｅとＴＩＡは電気的に接続され、ＴＩＡは、複数のリードピン１２ａのうち一部のリードピン１２ａと電気的に接続されている。ＰＤ１２ｅにより受光され電気信号に変換された信号は、ＴＩＡにより増幅され、増幅された電気信号は、当該リードピン１２ａを介して光信号受信部１２の外部へ送出される。ＰＤ１２ｅとしては、例えば、アバランシェフォトダイオードや、ＰＩＮフォトダイオードを用いることができる。

光伝送部品１４は、例えば、光ファイバ１４ａとフェルール１４ｂとスリーブ１４ｃとを含む部品である。光ファイバ１４ａがフェルール１４ｂに保持されており、また、フェルール１４ｂがスリーブ１４ｃに保持されている。フェルール１４ｂは、光伝送部品１４の端部に設けられるものであり、その端面に光ファイバ１４ａの端面が露出している。光送受信モジュール１において、光伝送部品１４は、その端面から光信号送信部１１の方向へ向けて、外部からの信号光を出射する。第２の波長を有するこの光信号は、ＷＤＭフィルタ１３ａにより反射され、光信号受信部１２のＰＤ１２ｅにより受光される。また、光伝送部品１４は、その端面に受けたＬＤ１１ｅからの信号光を外部に伝送する。

上述のような光信号送信部１１、光信号受信部１２、及び光伝送部品１４が取付けられる筐体１３には、以下のＷＤＭフィルタ１３ａ及びカットフィルタ１３ｂも取付けられる。
ＷＤＭフィルタ１３ａは、光の波長に基づいて選択的に透過または反射を行う波長選択フィルタであり、光信号送信部１１から出射された光信号を透過するもので、また、光ファイバ１４ａの一端からの光信号を反射して、光信号受信部１２に導くものである。
また、カットフィルタ１３ｂは、特定の波長の光を透過し、他の波長の光を遮断するものであり、このカットフィルタ１３ｂにより、光信号送信部１１からの光信号等が光信号受信部１２に入射することを防止することができる。

上記の構成部品が取付けられる筐体１３は、ＹＡＧレーザ溶接が可能な材料、例えば、ステンレススチール材料を加工したものであり、その基本形は円筒形である。筐体１３は、円筒形の軸心を中心軸とした光路孔１３ｃが形成され、光路孔１３ｃには、ＷＤＭフィルタ１３ａが固定されるＷＤＭフィルタ固定部１３ｄを有する。また、筐体１３は、カットフィルタ１３ｂが固定されるカットフィルタ固定孔１３ｅを有している。

さらに、筐体１３は、光信号送信部１１、光信号受信部１２及び光伝送部品１４がそれぞれ調芯されて固定される光信号送信部固定孔１３ｆ、光信号受信部固定面１３ｇ及び光伝送部品固定面１３ｈを有する。光信号送信部固定孔１３ｆへの光信号送信部１１の取付けは、光信号送信部固定壁１３ｉに光信号送信部１１のキャップ１１ｄをＹＡＧ溶接することにより行われる。光信号受信部固定面１３ｇへの光信号受信部１２の取付けは、光信号受信部１２のキャップ１２ｄの端面をキャップ固定平面にＹＡＧ溶接することにより行われ、光伝送部品固定面１３ｈへの光伝送部品１４の取付けは、スリーブ固定平面にスリーブ１４ｃの端面をＹＡＧ溶接することにより行われる。

この筐体１３により、光信号送信部１１と光信号受信部１２と光伝送部品１４とは、光信号送信部１１のＬＤ１１ｅから出射された光信号がＷＤＭフィルタ１３ａを介して光ファイバ１４ａに入射して外部に伝送され、かつ、外部から光ファイバ１４ａを通して出射された光信号がＷＤＭフィルタ１３ａで反射されて光信号受信部１２のＰＤ１２ｅに入射するように、位置合わせが成される。

つまり、筐体１３により、第１の波長の光信号を出射する光信号送信部１１は、第１の軸線（筐体１３の中心軸）Ａに沿って配置され、第２の波長の光信号を受信する光信号受信部１２は、第１の軸線と交差する第２の軸線Ｂに沿って配置される。また、この筐体１３により、第１の波長の光を透過し第２の波長の光を反射する光フィルタ（ＷＤＭフィルタ１３ａ）は、第１の軸線Ａと第２の軸線Ｂとが交差する位置に配置される。さらに、この筐体１３により、第１の軸線Ａに沿った光ファイバ保持部（フェルール１４ｂ）に保持された光ファイバ１４ａは、所定の位置に配置される。すなわち、光信号送信部１１が出射する第１の波長の光が光フィルタを透過した後に光ファイバ１４ａに結合する位置であって、光ファイバ１４ａを伝播してきた第２の波長の光が光フィルタで反射されて光信号受信部１２に結合する位置に配置される。

回路基板２０は、光信号送信部１１との間及び光信号受信部１２との間で、電気信号の授受を行うためのものであり、図２（Ａ）に示すように、光信号として送出する電気信号の送信処理などを行うＩＣ２１等を搭載している。回路基板２０には、モジュール本体１０と電気接続するための導電パターン２２が複数形成されている。

上述のようなモジュール本体１０に後述の金属部材３０（図１参照）を取付けることで、本光送受信モジュール１となる。モジュール本体１０と金属部材３０との取付けは、例えば、ＹＡＧ溶接により行われる。この光送受信モジュール１の回路基板２０への取付けは、例えば、金属部材３０を回路基板２０に半田接続すると共に、リードピン１１ａ，１２ａと回路基板２０の導電パターン２２とを半田接続することにより、回路基板２０の片側から行うことができる。

続いて、図１に戻り、本発明の主要部に係る金属部材３０について説明する。金属部材３０は、モジュール本体１０に取付けられて光送受信モジュール１の光信号送信部１１からの電気的クロストークを低減させ、また、光送受信モジュール１を回路基板２０の片側から取付けるためのものである。金属部材３０は、光送受信モジュール１の光信号送信部１１、光信号受信部１２及び光伝送部品１４のそれぞれを保持する筐体(筐体部分)１３を一括して覆っており、回路基板２０のシグナルグラウンド（ＳＧ：Signal Ground）に電気接続される。この金属部材３０は回路基板２０の片側からのみの操作で回路基板に取付けることができる。この金属部材３０は、本体部３１と、取付け部３２と、を有する。

金属部材３０の本体部３１は、図１（Ａ）に示すように、少なくともモジュール本体１０の光信号送信部１１、及び、その光信号送信部１１から光信号受信部１２へと続く筐体１３を、モジュール本体１０の片側から覆う部分である。図１（Ａ）の例では、本体部３１はさらに光伝送部品１４のスリーブ１４ｃ（図２参照）を覆っている。

また、本体部３１は、図１（Ｂ）に示すように、光信号受信部１２側に切り欠き３１ａが形成されている。このように切り欠き３１ａを形成しておくことで、金属部材３０を取付ける際に、モジュール本体１０の光信号受信部１２により、その取付けが妨げられることを防ぐことができる。なお、この切り欠き３１ａは、モジュール本体１０において光信号受信部１２を調芯のためにいかなる位置に配しても、金属部材３０を回路基板２０に取付ける際に、金属部材３０が光信号受信部１２に接触しないように設けられる。

また、本体部３１は、その内周面がモジュール本体１０の外周面に沿うように形成されており、例えば、円筒状に形成されたモジュール本体１０の筐体１３に対応した形状、すなわち、半円筒形状を有している。
また、金属部材３０をモジュール本体１０に取付け、これらを電気的に接続するために、金属部材３０の本体部３１と、モジュール本体１０と、をＹＡＧ溶接することが好ましい。そのため、金属部材３０の本体部３１においてモジュール本体１０の筐体１３と接する部分の一部に、開口３１ｂが設けられている。このように開口３１ｂを設けておけば、そのエッジと筐体１３とをＹＡＧ溶接したときに、溶接痕を確認することができる。

金属部材３０の取付け部３２は、金属部材３０を回路基板２０に取付ける（固着する）ための部分であり、本体部３１が延在する方向と直交する方向に延在する。また、取付け部３２は、回路基板２０と半田付けされ、好ましくは、回路基板２０のシグナルグラウンドに電気的に接続される。

このような本体部３１と取付け部３２を有する金属部材３０は、例えば、ＹＡＧレーザ溶接の可能な材料（ステンレススチール材料等）から作製されている。また、金属部材３０は、光信号受信部１２の前後（ファイバ軸方向に関する前後）を２つの取付け部３２で挟むようにして、ＹＡＧレーザ溶接によりモジュール本体１０に取付けられる。ステンレススチール材料からなる金属部材３０のうち、少なくとも半田付けされる部分には、金メッキ、銀メッキや半田メッキなど濡れ性が良い材料で表面処理が行われる。

本実施形態に係る光送受信モジュール１において、このような金属部材３０を設けることにより、モジュール本体１０から放出される電界の強度を低減することができる。このことは、本発明者の試験により確認されている。
その試験では、本実施形態の構成を有する光送受信モジュール１（ＹＡＧレーザ溶接により金属部材３０をモジュール本体１０に取付け、金属部材３０を回路基板２０のＳＧに電気的に接続して回路基板２０に取付けられたもの）をサンプルＸ１とした。また、金属部材３０が無い以外はサンプルＸ１と同じ構成のもの（なお、筐体１３と上記ＳＧとは電気的に接続されていない）をサンプルＸ２として用意し、特許文献１に開示の技術を用いた構成のものをＸ３として用意した。そして、それらサンプルＸ１，Ｘ２，Ｘ３に関して、光信号送信部１１のＬＤ１１ｅを駆動したときの電界の強度を、図２のＯ〜Ｒの各点で測定した。この測定結果を表１に示す。

なお、表１のＯ〜Ｒ点はそれぞれ、光信号送信部１１のステム１１ｂ上の点（入力部近傍）、筐体１３中央部上の点、筐体１３の光伝送部品１４側端部上の点（ＹＡＧ溶接部近傍の点）、光信号受信部１２のステム１２ｂ上の点（出力部近傍）である。
表１に示すように、実験では、サンプルＸ２における電界強度は、回路基板２０の光信号受信部１２側に近づくにつれ小さくなっているが、Ｒ点で測定された電界強度は、７８．５ｄＢμＶ／ｍである。また、サンプルＸ３において測定された電界強度は、サンプルＸ２と比べて、Ｏ点及びＰ点では小さくなっているものの、Ｑ点及びＲ点では、ほぼ変わらない。

しかし、サンプル１において測定された電界強度は、サンプルＸ１及びＸ２に比べて、Ｏ〜Ｒ点の各点で小さくなっており、特に、Ｒ点では、７２．０ｄＢμＶ／ｍである。このことから、本光送受信モジュール１では、上述のように金属部材３０を設けることによって、光信号受信部周辺のノイズを受けやすい部分（リードピンなど）の近傍での電界強度を小さくすることができることがわかる。

このように、本光送受信モジュール１では、光信号受信部近傍における電界強度が小さいため、筐体の光信号受信部近傍の電位を安定的にＧＮＤ電位にして電気的クロストークを低減させることが可能であり、また、主なノイズ源である光信号送信部周辺（ＬＤ駆動配線部分）等からの電磁波が光信号受信部の出力部分にノイズとして及ぼす影響は小さい。

次に、図３を用いて、金属部材の他の例を説明する。図３は、他の例の金属部材の斜視図である。本例の金属部材４０は、上述の例の金属部材３０と同様に、モジュール本体１０に取付けられて光信号送信部１１からの電気的クロストークを低減させ、また、光送受信モジュールを回路基板２０の片側から取付けるためのものでもある。しかし、金属部材４０は、金属部材３０とは異なり、２つの金属製の部材（第１の部材４１，第２の部材４４）からなる。金属部材４０は、図３に示すような、第１の部材４１に第２の部材４４が組付けられた状態で用いられる。

金属部材４０は、金属部材３０の取付け部３２と同様な、金属部材４０を回路基板２０に取付ける（固着する）ための部分である取付け部４３を有する。この取付け部４３は、取付け部３２と同様に半田付けにより回路基板２０に固定され、回路基板２０のＳＧと電気的に接続されることが好ましい。また、取付け部３２と異なり、第２の部材４４が係合する係合孔４３ａを有する。この係合孔４３ａと第２の部材４４の係合部４６とが係合するように、第１の部材４１に第２の部材４４を嵌め込むことにより、第２の部材４４が第１の部材４１に組付けられる。

また、２つの部材４１，４４は、それぞれ略半円筒形状の本体部４２，４５を有する。第１の部材４１と第２の部材４４とを組付けたときに、これら本体部４２，４５は、モジュール本体１０を上下から挟み込むことによって、少なくとも筐体１３に当接するようになっている。言い換えると、金属部材４０は、第１の部材４１及び第２の部材４４でモジュール本体１０の筐体１３を挟持するようにして、モジュール本体１０に取付けられる。そして、金属部材４０は、筐体１３に当接して、筐体１３と電気的に接続されている。

前例の金属部材３０を用いる際は、その本体部３１とモジュール本体１０の筐体１３とを互いに固定し電気的接続するためにＹＡＧ溶接を行う必要があったが、金属部材４０を上述のように構成することにより、上記ＹＡＧ溶接の工程を省略することができる。
また、前例の金属部材３０を用いる際は、半田付けのための金メッキなどが上記ＹＡＧ溶接を行う際に邪魔になるため、部分メッキ化が必要であったが、金属部材４０を上述のように構成することにより、全体に金メッキ処理等を行ってもよい。その場合、例えば、光トランシーバを作製する際などに、部分メッキコストが不要となるので、製造コストを低減させることができる。

なお、本例の金属部材４０は、第２の部材４４の第１の部材４１への組付けが容易になるように、例えば、金属部材３０の材料に比べて撓ませることが容易な材料（例えば、リン青銅）で、金属部材３０より薄く形成することが好適である。そして、この金属部材４０は、モジュール本体１０の光信号受信部１２が両取付け部４３で挟まれるような形態で、筐体１３を挟持することにより、モジュール本体１０に取付けられる。

また、第１の部材４１の本体部４２と第２の部材４４の本体部４５とには、前例の金属部材３０の本体部３１と同様に、モジュール本体１０の光信号受信部１２側に切り欠き４２ａ，４５ａがそれぞれ形成されている。これら切り欠き４２ａ，４５ａは開口を形成している。この開口により、モジュール本体１０において光信号受信部１２を調芯のためにいかなる位置に配しても、回路基板２０に金属部材４０を取付ける際に、金属部材４０が光信号受信部１２に接触しないようにすることができる。

また、金属部材４０とモジュール本体１０との電気的接続をより確実にするために、例えば、本体部４２ａに弾性片４２ｂが複数形成されている。これら弾性片４２ｂは、モジュール本体１０を第２の部材４４に向かう方向に付勢しており、これら弾性片４２ｂにより、金属部材４０とモジュール本体１０とが物理的に確実に接触できるようになっている。弾性片４２は、本体部４２ａから折り曲げられるなどして形成される。

図４及び図５は、本発明の他の実施形態に係る光送受信モジュールについて説明する図であり、図４（Ａ）は本光送受信モジュールの斜視図、図４（Ｂ）はその平面図である。また、図５（Ａ）は本光送受信モジュールが回路基板へ取付けられている様子を金属部材の図示を省略して示す図であり、図５（Ｂ）は本光送受信モジュール内における光結合の様子を説明する模式図である。

光送受信モジュール２は、図４に示すように、モジュール本体５０に、回路基板８０（図５参照）に固定するため等に用いられる金属部材６０が取付けられてなる。本実施形態のモジュール本体５０は、例えば、１本の光ファイバで光信号を送受信するトリプレクサ（Triplexer）タイプの光送受信モジュールであり、１本の光ファイバでデジタル光信号を送受信することに加えて、更に例えばアナログ変調信号（ＣＡＴＶの映像信号等）といった別の光信号を受信できるものである。モジュール本体５０に金属部材６０を取付けた状態の光送受信モジュール２は、金属部材６０を回路基板８０に固着させることにより、回路基板８０に取付けることができる。

まず、図５を用いて、モジュール本体５０と回路基板８０について説明する。モジュール本体５０は、図５（Ａ）に示すように、第１の波長の光信号を送信する光信号送信部５１、第２の波長の光信号を受信する第１の光信号受信部５２、第３の波長の光信号を受信する第２の光信号受信部５３、筐体５４、光伝送部品５５等を有する。また、例えば、このモジュール本体５０が出力する光信号は、第１の波長のデジタル変調信号であり、このモジュール本体５０に入力される光信号は、第２の波長のデジタル変調信号、及び、第３の波長のアナログ変調信号である。

光信号送信部５１は、図５（Ｂ）に示すように、第１の波長の光信号を出射するＬＤ１１ｅが搭載されており、このＬＤ１１ｅから出射された光信号は、集光用レンズ１１ｃ及び筐体５４が有する後述の第１のＷＤＭフィルタ５４ａ及び第２のＷＤＭフィルタ５４ｂを透過し、光伝送部品１４内の光ファイバ１４ａを介して、外部に伝送される。光信号送信部５１のその他の形状及び構成は、図１及び図２の実施形態における光信号送信部１１と同様である。

第１の光信号受信部５２には、第２の波長の光信号を受信するＰＤ１２ｅが搭載されている。このＰＤ１２ｅは、光伝送部品１４内の光ファイバ１４ａから入射され第２のＷＤＭフィルタ５４ｂを透過し第１のＷＤＭフィルタ５４ａで反射された光信号を、筐体５４が有する後述の第１のカットフィルタ５４ｃと、集光用レンズ１２ｃと、を介して受光する。第１の光信号受信部５２のその他の形状及び構成は、図１及び図２の実施形態における光信号受信部１２と同様である。

第２の光信号受信部５３には、第２の波長の光信号を受信するＰＤ５３ａが搭載されている。このＰＤ５３ａは、光伝送部品１４内の光ファイバ１４ａから入射され第２のＷＤＭフィルタ５４ｂで反射された光信号を、筐体５４が有する後述の第２のカットフィルタ５４ｄと、集光用レンズ１２ｃと、を介して受光する。なお、ＰＤ５３ａとしては、例えば、アナログ受信ＰＩＮフォトダイオードを用いることができる。また、第２の光信号受信部５３では、ＰＤ５３ａが直接リードピン１２ａ（すなわち、ＴＩＡを介さずに）と電気的に接続されている。したがって、ＰＤ５３ａにより受光され電気信号に変換された信号は、当該リードピン１２ａを介して直接光信号受信部５３の外部へ送出される。第２の光信号受信部５３のその他の形状及び構成は、図１及び図２の実施形態における光信号受信部１２と同様である。

光伝送部品５５は、その端面から光信号送信部５１方向へ向けて、外部からの信号光を出射する。この光信号のうち第３の波長の光信号は、第２のＷＤＭフィルタ５４ｂにより反射され、第２の光信号受信部５３のＰＤ５３ａにより受光される。また、光伝送部品から出射された光信号のうち第２の波長の光信号は、第２のＷＤＭフィルタ５４ｂを透過し、第１のＷＤＭフィルタ５４ａにより反射され、第１の光信号受信部５２のＰＤ１２ｅにより受光される。光伝送部品５５のその他の形状及び構成は、図１及び図２の実施形態における光伝送部品１４と同様である。

筐体５４には、上述のような光信号送信部５１、第１の光信号受信部５２、第２の光信号受信部５３及び光伝送部品５５が取付けられ、また、以下の第１及び第２のＷＤＭフィルタ５４ａ，５４ｂ並びに第１及び第２のカットフィルタ５４ｃ，５４ｄも取付けられる。
第１及び第２のＷＤＭフィルタ５４ａ，５４ｂは、光の波長に基づいて選択的に透過または反射を行う波長選択フィルタである。

第１のＷＤＭフィルタ５４ａは、第１の波長の光信号を透過する。光ファイバ１４ａの一端からの光信号のうち、後述の第２のＷＤＭフィルタ５４ｂを透過した第２の波長の光信号は、この第１のＷＤＭフィルタ５４ａにより、第１の光信号受信部５２に導かれる。
第２のＷＤＭフィルタ５４ｂは、第３の波長の光信号を反射し、第１及び第２の波長の光信号を透過する。この第２のＷＤＭフィルタ５４ｂにより、光ファイバ１４ａの一端から入力される光信号のうち第３の波長の光信号は、第２の光信号受信部５３に導かれる。

また、第１及び第２のカットフィルタ５４ｃ，５４ｄは、特定の波長の光を透過し、他の波長の光を遮断するものであり、それぞれ、第２及び第３の波長を透過し、第１〜３の波長のうち、上記透過する波長以外の波長の光信号を遮断する。この第１及び第２のカットフィルタ５４ｃ，５４ｄにより、所望の波長以外の光信号が、第１及び第２の光信号受信部５２，５３に入射することを防止することができる。

上記の構成部品が取付けられる筐体５４は、円筒形の軸心を中心軸とする光路孔５４ｅが形成され、光路孔５４ｅには、第１及び第２のＷＤＭフィルタ５４ａ，５４ｂが固定される。また、筐体５４は、第１及び第２のカットフィルタ５４ｃ，５４ｄが固定される第１及び第２のカットフィルタ固定孔５４ｆ，５４ｇを有している。

さらに、筐体５４は、図１及び図２の実施形態の光信号送信部固定孔１３ｆ及び光伝送部品固定面１３ｈと同様な、光信号送信部固定孔５４ｈ及び光伝送部品固定面５４ｋを有する。また、図１及び図２の実施形態の光信号受信部固定面１３ｇと同様な、第１の光信号受信部固定面５４ｉ及び第２の光信号受信部固定面５４ｊを有する。

この筐体５４により、第１の波長の光信号を出射する光信号送信部５１は、第１の軸線（筐体５４の中心軸）Ａに沿って配置される。また、この筐体５４により、第２の波長の光信号を受信する第１の光信号受信部５２は、第１の軸線Ａと交差する第２の軸線Ｂに沿って配置される。また、第３の波長の光信号を受信する第２の光信号受信部５３は、第１の軸線Ａと交差する軸線であり第２の軸線Ｂとは異なる第３の軸線Ｃに沿って配置される。

さらに、この筐体５４により、第１の波長の光を透過し第２の波長の光を反射する第１の光フィルタ（第１のＷＤＭフィルタ５４ａ）は、第１の軸線Ａ及び第２の軸線Ｂと交差する位置に配置される。また、第３の波長の光信号を反射するとともに、第１及び第２の波長の光信号を透過する第２の光フィルタ（第２のＷＤＭフィルタ５４ｂ）は、第１の軸線Ａ及び第３の軸線Ｃと交差する位置に配置される。

さらに、この筐体５４により、第１の軸線Ａに沿った光ファイバ保持部（フェルール１４ｂ）に保持された光ファイバ１４ａは、以下の（１）〜（３）の条件を満たす位置に配置される。
（１）光信号送信部５１が出射する第１の波長の光が第１及び第２の光フィルタを透過した後に光ファイバ１４ａに結合する位置。
（２）光ファイバ１４ａを伝播してきた第２の波長の光が第１の光フィルタで反射されて第１の光信号受信部５２に結合する位置。
（３）光ファイバ１４ａを伝播してきた第３の波長の光が第２の光フィルタで反射されて第２の光信号受信部５３に結合する位置。

つまり、この筐体１３により、光信号送信部５１と第１及び第２の光信号受信部５２，５３と光伝送部品５５とは、以下の（Ａ）〜（Ｃ）が達成できるように位置合わせされる。
（Ａ）光信号送信部５１のＬＤ１１ｅから出射された第１の波長の光信号が第１及び第２のＷＤＭフィルタ５４ａ，５４ｂを介して光ファイバ１４ａに入射して外部に伝送。
（Ｂ）外部から光ファイバ１４ａを通して出射された光信号のうち第３の波長の光信号が、第２のＷＤＭフィルタ５４ｂで反射されて第２の光信号受信部５３のＰＤ１２ｅに入射。
（Ｃ）外部から光ファイバ１４ａを通して出射された光信号のうち第２の波長の光信号が、第２のＷＤＭフィルタ５４ｂで反射されて、第２の光信号受信部５３のＰＤ１２ｅに入射。

回路基板８０は、図１及び図２の実施形態の回路基板２０と同様なものであり、光信号送信部５１、第１の光信号受信部５２や第２の光信号受信部５３との間で、電気信号の授受を行う。
以上のようなモジュール本体５０を有し回路基板８０に取付けられる光送受信モジュール２は、モジュール本体５０に金属部材６０（図４参照）が取付けられてなり、例えば、金属部材６０を回路基板８０に半田接続すると共に、リードピン１１ａ，１２ａと回路基板８０の導電パターン２２とを半田接続することにより、回路基板８０の片側から取付けることができる。

続いて、図４に戻り、本発明の主要部に係る金属部材６０について説明する。金属部材６０は、モジュール本体５０に取付けられて光送受信モジュール２の光信号送信部５１からの電気的クロストークを低減させ、また、光送受信モジュール２を回路基板８０の片側から取付けるためのものである。

金属部材６０は、光送受信モジュール２の光信号送信部５１、光信号受信部５２及び光伝送部品１４のそれぞれを保持する筐体(筐体部分)５５を一括して覆っており、回路基板８０のシグナルグラウンド（ＳＧ：Signal Ground）に電気接続される。この金属部材３０は回路基板２０の片側からのみの操作で回路基板に取付けることができる。この金属部材６０は、図４（Ａ）に示すように、図１及び図２の実施形態の取付け部３２と同様な取付け部６２を有し、また、本体部６１を有する。

金属部材６０の本体部６１は、図４（Ａ）に示すように、少なくともモジュール本体５０の光信号送信部５１、及び、その光信号送信部５１から光信号受信部５２，５３へと続く筐体５４を、モジュール本体５０の片側から覆う。また、本体部６１は、図１及び図２の実施形態の本体部３１とは異なり、図４（Ｂ）に示すように、その両側（第１の光信号受信部５２側及び第２の光信号受信部５３側）に切り欠き６１ａが形成されている。この切り欠き６１ａはそれぞれ、図１及び図２の実施形態の切り欠き３１ａと同様なものである。なお、本体部６１のその他の形状及び構成は、図１及び図２の実施形態の本体部３１と同様である。

続いて、図６を用いて、本実施形態の金属部材の他の例を説明する。図６は、他の例の金属部材の斜視図である。本例の金属部材７０は、上述の例の金属部材６０と同様に、モジュール本体５０に取付けられて光信号送信部５１からの電気的クロストークを低減させ、また、光送受信モジュールを回路基板８０に取付けるためのものである。しかし、金属部材６０とは異なり、２つの金属製の部材（第１の部材７１，第２の部材７４）からなる。

金属部材７０の第１の部材７１は、図３の実施形態の金属部材４０の第１の部材４１が有する本体部４２及び取付け部４３と同様な、本体部７２及び取付け部７３を有する。
また、金属部材７０の第２の部材７４は、図３の実施形態の金属部材４０の第２の部材４４が有する本体部４５及び係合部４６と同様な、本体部７５及び係合部７６を有する。

ただし、両本体部７２，７５は、両側（第１の光信号受信部５２側及び第２の光信号受信部５３）に切り欠き７２ａ，７５ａをそれぞれ有する。これら切り欠き７２ａ，７５ａは、第１の部材７１に第２の部材７４が組みつけられたときに、金属部材７０の両側で開口を形成するようになっている。これら開口により、モジュール本体５０において第１及び第２の光信号受信部５２，５３を調芯のためにいかなる位置に配しても、回路基板８０に金属部材７０を取付ける際に、第１及び第２の光信号受信部５２，５３に接触しないようにすることができる。
また、金属部材７０は、第１の部材７１及び第２の部材７４でモジュール本体５０の筐体５４を挟持するようにして、当該モジュール本体５０に取付けられる。そして、金属部材７０は、筐体５５に当接して、筐体５４と電気的に接続されている。

本実施形態に係る光送受信モジュールにおいて、このような金属部材７０を設けることにより、モジュール本体５０における雑音端子電圧を低減することができる。このことは、本発明者の試験により確認されている。

その試験では、本実施形態の構成を有する光送受信モジュール（筐体５４を挟持するように金属部材７０をモジュール本体５０に取付け、金属部材７０を回路基板８０のＳＧに電気的に接続して回路基板８０に取付けられたもの）をサンプルＹ１とした。また、金属部材７０が無い以外はサンプルＹ１と同じ構成のもの（なお、筐体５４と上記ＳＧとは電気的に接続されていない）をサンプルＹ２として用意した。そして、それらサンプルＹ１，Ｙ２に関して、光信号送信部５１のＬＤ１１ｅを駆動したときに、図５のＳ〜Ｗ点の各点で、雑音端子電圧を測定した。

なお、図５のＳ〜Ｗ点はそれぞれ、光信号送信部５１のステム１１ｂ上の点、筐体５４中央部上の点、筐体５４の光伝送部品５５側端部上の点（ＹＡＧ溶接部近傍の点）、第１の光信号受信部５２のステム１２ｂ上の点、第２の光信号受信部５３のステム１２ｂ上の点、である。

Ｓ〜Ｗ点で測定された雑音端子電圧は、サンプルＹ２については、それぞれおよそ、７４ｄｂμＶ、７５ｄｂμＶ、７１ｄｂμＶ、７３ｄｂμＶ、７３ｄｂμＶであったのに対し、サンプルＹ１については、それぞれおよそ、６８ｄｂμＶ、６５ｄｂμＶ、６４ｄｂμＶ、６６ｄｂμＶ、６４ｄｂμＶであった。このことから、本実施形態の光送受信モジュールでは、金属部材７０を設けることによって、雑音端子電圧を小さくし、電気的クロストークを低減させることが可能であることがわかる。

また、サンプルＹ１及びＹ２のモジュール本体５０が有する第１の光信号受信部５２の最小受信感度特性を表２に示す。

表２に示すとおり、サンプルＹ２の第１の光信号受信部５２は、光信号送信部５１のＬＤ１１ｅを駆動していない場合の最小受信感度が−３２．２ｄＢｍであったときに光信号送信部５１のＬＤ１１ｅを駆動した場合、その最小受信感度が−１９．８ｄＢｍへと変化しており、そのクロストークペナルティが１２．４ｄＢと大きい。

一方、サンプルＹ１の第１の光信号受信部５２は、光信号送信部５１のＬＤ１１ｅを駆動していない場合の最小受信感度が−３０．８ｄＢｍであったときに光信号送信部５１のＬＤ１１ｅを駆動した場合、その最小受信感度が−２８．３ｄＢｍへと変化しており、そのクロストークペナルティが２．５ｄＢと非常に小さい。
このことから、本実施形態の光送受信モジュールに金属部材７０を設けることによって、電気的クロストークを低減でき、最小受信感度に対するクロストークペナルティを削減することができることがわかる。

また、サンプルＹ１及びＹ２のモジュール本体５０が有する第２の光信号受信部（アナログ受信）５３への電気的クロストークの影響を確認するため、光信号送信部５１のＬＤ１１ｅを駆動していない状態と、駆動していない状態でのＣＮ比を比較した。その比較結果を表３に示す。

表３に示すとおり、Ｙ２においては、光送信受信部５１のＬＤ１１ｅを駆動することによって、搬送波周波数が５５〜８００ＭＨｚの範囲では、ＣＮ比は５〜２４．２ｄＢ減少する。すなわち光送受信部５１からの電気的クロストークは、５〜２４．２ｄＢである。一方、Ｙ１においては、光送信受信部５１のＬＤ１１ｅを駆動しても、搬送波周波数が５５〜８００ＭＨｚの範囲では、ＣＮ比はほとんど変わらず、光送受信部５１からの電気的クロストークは、−０．３〜２．０ｄＢである。
このことから、本実施形態の光送受信モジュールに金属部材７０を設けることによって、電気的クロストークを低減でき、最小受信感度に対するクロストークペナルティを削減することができることがわかる。

上述したように、本発明によれば、一心双方向光モジュールを回路基板に取付ける作業が容易になる。また、当該モジュールを覆う金属部材が、光信号送信部のみならず筐体等を覆っているため、光信号送信部以外の部分に浮遊していたノイズを低減でき、光送受信モジュールの送信部から受信部への信号の電気的クロストークを低減することができる。そのため、一心双方向光モジュールを備える光トランシーバ等の機器の製造コストを抑えることができるとともに、良好な受信感度特性及びＣＮ比が得られる。

なお、上述の光送受信モジュールにおいては、金属部材の回路基板への固着方法として、半田付けによる方法を用いていたが、その方法に代えて、ネジで固定する方法等を用いてもよい。そのため、金属部材は、その取付け部に、ネジ穴またはネジ止め用の半円形の凹所を有することが好ましい。
また、金属部材と光送受信モジュールとの接続方法も同様に、ＹＡＧ溶接によるものの代わりに、ネジで固定する方法等を用いてもよい。
また、光送受信モジュールのリートピンと回路基板の導電パターンとを、フレキシブルプリント回路基板を用いて電気的に接続してもよい。

本発明の一実施形態に係る光送受信モジュールについて説明する図である。 本発明の一実施形態に係る光送受信モジュールについて説明する図である。 図１及び図２の実施形態の光送受信モジュールの金属部材の他の例の斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る光送受信モジュールについて説明する図である。 本発明の他の実施形態に係る光送受信モジュールについて説明する図である。 図５及び図６の実施形態の光送受信モジュールの金属部材の他の例の斜視図である。 従来の光送受信モジュールについて説明する図である。

符号の説明

１，２…一心双方向モジュール（光送受信モジュール）、１０…光送受信モジュール本体（モジュール本体）、１１…光信号送信部、１１ａ，１２ａ…リードピン、１１ｂ，１２ｂ…ステム、１１ｃ，１２ｃ…集光用レンズ、１１ｄ，１２ｄ…キャップ、１１ｅ…ＬＤ、１２ｅ…ＰＤ、１２…光信号受信部、１３…筐体、１３ａ…ＷＤＭフィルタ、１３ｂ…カットフィルタ、１３ｃ…光路孔、１３ｄ…ＷＤＭフィルタ固定部、１３ｅ…カットフィルタ固定孔、１３ｆ…光信号送信部固定孔、１３ｇ…光信号受信部固定面、１３ｈ…光伝送部品固定面、１３ｉ…光信号送信部固定壁、１４…光伝送部品、１４ａ…光ファイバ、１４ｂ…フェルール、１４ｃ…スリーブ、２０…回路基板、２１…ＩＣ、２２…導電パターン、３０…金属部材、３１…本体部、３１ａ…切り欠き、３１ｂ…開口、３２…取付け部、４０…金属部材、４１…第１の部材、４２，４５…本体部、４２ａ…切り欠き４３…取付け部、４３ａ…係合孔、４４…第２の部材、４６…係合部、５０…光送受信モジュール、５１…光信号送信部、５２…第１の光信号受信部、５３…第２の光信号受信部、５３ａ…ＰＤ、５４…筐体、５４ａ…第１のＷＤＭフィルタ、５４ｂ…第２のＷＤＭフィルタ、５４ｃ…第１のカットフィルタ、５４ｄ…第２のカットフィルタ、５４ｅ…光路孔、５４ｆ，５４ｇ…カットフィルタ固定孔、５４ｈ…光信号送信部固定孔、５４ｉ…光信号受信部固定面、５４ｊ…光信号受信部固定面、５４ｋ…光伝送部品固定面、５５…光伝送部品、６０…金属部材、６１…本体部、６２…取付け部、７０…金属部材、７１…第１の部材、７２，７５…本体部、７３…取付け部、７４…第２の部材、７６…係合部、８０…回路基板。

Claims (4)

1. 第１の軸線に沿って配置された第１の光信号を送信する送信部と、前記第１の軸線と交差する第２の軸線に沿って配置された第２の光信号を受信する受信部と、を備え、前記第１の軸線と前記第２の軸線の交差部に第１の光フィルタを配し、前記第１の軸線上に配された光ファイバを介して前記第１の光信号を送信し前記第２の光信号を受信する一心双方向光モジュールであって、
   前記送信部、前記受信部及び前記光ファイバのそれぞれを保持する筐体部分を、回路基板の片側から取付け可能な共通の導電金属部材で覆ってグラウンド接続することを特徴とする一心双方向光モジュール。
2. 前記第１の軸線と交差する第３の軸線に沿って配置された第３の光信号を受信する受信部を備え、前記第１の軸線と前記第３の軸線の交差部に第２の光フィルタを配し、前記光ファイバを介して前記第３の光信号を受信することを特徴とする請求項１に記載の一心双方向光モジュール。
3. 前記導電金属部材は、前記筐体部分と溶接により接合するための開口を有することを特徴とする請求項１または２に記載の一心双方向光モジュール。
4. 前記導電金属部材は、略円筒形状を半割りにした２つの部材からなると共に、該２つの部材で前記筐体部分を挟持して取付けられることを特徴とする請求項１または２に記載の一心双方向光モジュール。

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