(57)【要約】【課題】光素子と光ファイバとの光結合の効率を向上させつつ部品点数を少なくでき、コストの低減を図ることができる光トランシーバを提供する。【解決手段】ケース２と、ケース２内に収容され、一端３が、電子機器に設けられた電気コネクタに挿抜可能に電気接続される基板４と、ケース２内に収容されると共に基板４の表裏面に、光軸が基板面に対して垂直な方向となるように実装された光素子５と、基板４の他端６側のケース２外に設けられると共に光ファイバアレイ７を有し、光ファイバアレイ７の光入出射端面の光軸が基板面と平行になるように保持する光コネクタ８と、基板４の表裏面に設けられると共にケース２内に収容され、光入出射端面と光素子５とを光結合する断面が略直角三角形状の光学ブロック９とを備えるものである。【選択図】図１
2011048072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
前記ケース内に収容され一端が電子機器に設けられた電気コネクタに挿抜可能に電気接続される基板と、
前記ケース内に収容されると共に前記基板の表裏面に光軸が前記基板の表裏面に対して垂直な方向となるように実装された発光素子及び受光素子と、
前記基板の他端側の前記ケース外に設けられる光ファイバアレイを有し、前記光ファイバアレイの光入出射端面の光軸が前記基板の表裏面と平行になるように保持する光コネクタと、
前記基板の表裏面に設けられると共に前記ケース内に収容され、前記光入出射端面と前記発光素子及び前記受光素子とを光結合する断面が略直角三角形状の光学ブロックと、
を備えることを特徴とする光トランシーバ。
【請求項２】
前記光学ブロックの底面には、前記発光素子又は前記受光素子を収容する収容部が形成され、前記光学ブロックの前記収容部と前記基板の表裏面との間で前記発光素子及び前記受光素子が収容されることを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
【請求項３】
前記光学ブロックの前記光入出射端面に面する垂直面には、レンズが一体に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光トランシーバ。
【請求項４】
前記基板には表面に段差部分が形成され、前記段差部分を境にして厚みの小さい部分と厚みの大きい部分とを備え、
前記厚みの小さい部分の表裏面に、前記発光素子又は前記受光素子、及び前記光学ブロックが設けられ、前記厚みの大きい部分が、前記電気コネクタに挿抜可能に電気接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光トランシーバ。
【請求項５】
前記発光素子及び前記受光素子が複数の光素子からなるアレイ状光素子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光トランシーバ。
【請求項６】
光ファイバアレイの両端に、請求項１〜５のいずれかに記載の光トランシーバが光接続されたことを特徴とする光アクティブケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号と光信号を相互変換するための光トランシーバ及び光アクティブケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信においては、一方の光送受信モジュールに実装された発光素子にて電気信号を光信号に変換し、変換した光信号を光ファイバを用いて伝送し、伝送された光信号を他方の光送受信モジュールに実装された受光素子にて再び電気信号に変換することにより、高速な通信を可能にしている。
【０００３】
電気信号と光信号の相互変換のための光送受信モジュールとして光トランシーバが用いられている。
【０００４】
従来の光トランシーバとしては、一端が電子機器に設けられた電気コネクタに挿抜可能に電気接続される基板と、基板上に実装された発光素子及び受光素子（光素子）と、発光素子及び受光素子にそれぞれ接続された２本の光ファイバとをケース内に収容したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この光トランシーバでは、電子機器からの電気信号は発光素子にて光信号に変換され、送信用の光ファイバに出射される。他方、受信用の光ファイバで受信された光信号は、受光素子にて電気信号に変換され電子機器に送られる。このように、光トランシーバは電気信号と光信号の相互変換を同時に行うことができる。
【０００６】
また、光トランシーバの小型化のために基板の表裏面に発光素子と受光素子を別々に実装することが行われている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１７１１２７号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３６３１号公報
【特許文献３】米国特許第７１１６９１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、光素子に送受信用の光ファイバを光結合するには、従来、光ファイバの光入出射端面を光素子に直接光結合したり、光結合の効率を高めるために入出射光を集光するためのレンズや光軸変換のためのミラーを介して光結合することが行われている。
【０００９】
しかし、光素子と光ファイバを直接光結合する方法では、光軸合わせが難しく光結合の信頼性に劣る問題がある。また、レンズやミラーを介して光結合する方法では、光結合の信頼性は向上するものの、部品点数が多くなり、結果として光トランシーバにかかるコストの上昇を招いてしまう問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、光素子と光ファイバとの光結合の効率を向上させつつ部品点数を少なくでき、コストの低減を図ることができる光トランシーバ及び光アクティブケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、ケースと、前記ケース内に収容され一端が電子機器に設けられた電気コネクタに挿抜可能に電気接続される基板と、前記ケース内に収容されると共に前記基板の表裏面に光軸が前記基板の表裏面に対して垂直な方向となるように実装された発光素子及び受光素子と、前記基板の他端側の前記ケース外に設けられる光ファイバアレイを有し、前記光ファイバアレイの光入出射端面の光軸が前記基板の表裏面と平行になるように保持する光コネクタと、前記基板の表裏面に設けられると共に前記ケース内に収容され、前記光入出射端面と前記発光素子及び前記受光素子とを光結合する断面が略直角三角形状の光学ブロックと、を備えることを特徴とする光トランシーバである。
【００１２】
請求項２の発明は、前記光学ブロックの底面には、前記発光素子又は前記受光素子を収容する収容部が形成され、前記光学ブロックの前記収容部と前記基板の表裏面との間で前記発光素子及び前記受光素子が収容されることを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバである。
【００１３】
請求項３の発明は、前記光学ブロックの前記光入出射端面に面する垂直面には、レンズが一体に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光トランシーバである。
【００１４】
請求項４の発明は、前記基板には表面に段差部分が形成され、前記段差部分を境にして厚みの小さい部分と厚みの大きい部分とを備え、前記厚みの小さい部分の表裏面に、前記発光素子又は前記受光素子、及び前記光学ブロックが設けられ、前記厚みの大きい部分が、前記電気コネクタに挿抜可能に電気接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光トランシーバである。
【００１５】
請求項５の発明は、前記発光素子及び前記受光素子が複数の光素子からなるアレイ状光素子であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光トランシーバである。
【００１６】
請求項６の発明は、光ファイバアレイの両端に、請求項１〜５のいずれかに記載の光トランシーバが光接続されたことを特徴とする光アクティブケーブルである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光素子と光ファイバとの光結合の効率を向上させつつ部品点数を少なくでき、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光トランシーバを示す側面断面図（概略図）である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る光トランシーバの外観（斜視図）である。
【図３】図１の光トランシーバに用いる光コネクタを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。
【図４】図１の光トランシーバに用いる光学ブロックを示す図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は下面図である。
【図５】図１の光トランシーバに用いる光コネクタの変形例を示す正面図である。
【図６】図１の光トランシーバの変形例を示す側面断面図（概略図）である。
【図７】図１の光トランシーバを用いた光アクティブケーブルを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係る光トランシーバを示す側面（Ｘ−Ｚ軸方向）断面図（概略図）である。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態に係る光トランシーバ１は、ケース２と、ケース２内に収容され、一端３が、電子機器（図示せず）に設けられた電気コネクタ（図示せず）に挿抜可能に電気接続される基板４と、ケース２内に収容されると共に基板４の表裏面に、光軸が基板面に対して垂直な方向となるように実装された光素子５と、基板４の他端６側のケース２外に設けられると共に光ファイバアレイ７を有し、光ファイバアレイ７の光入出射端面（具体的には、光ファイバアレイ７を構成する各光ファイバ７ａ，７ｂの光入出射端面）の光軸が基板面と平行になるように保持する光コネクタ８と、基板４の表裏面に設けられると共にケース２内に収容され、光ファイバ７ａ，７ｂの光入出射端面７００ａ，７００ｂと光素子５とを光結合する断面が略直角三角形状の光学ブロック９とを備える。
【００２２】
ケース２は、各光部品及び各電子部品を保護するためのものであり、その形状はインフィニバンドなど様々な規格によって定められていても良い。
【００２３】
基板４の一端３の表裏面には、接続端子１０が形成されてカードエッジコネクタ１１を構成している。このカードエッジコネクタ１１を電子機器に設けられた電気コネクタに挿入することで、電子機器と光トランシーバ１とが電気接続される。
【００２４】
光素子５は、基板４の表裏面に設けられており、一方（図では表面側）がＬＤなどからなる発光素子１２であり、他方（図では裏面側）がフォトダイオードなどからなる受光素子１３である。これら発光素子１２及び受光素子１３は基板４の表裏面に所定の間隔でアレイ状に（紙面に垂直な方向に）複数並列して配置され、アレイ状発光素子及びアレイ状受光素子を構成している。本実施の形態においては、発光素子１２と受光素子１３をそれぞれ４つアレイ状に並列して配置した。
【００２５】
各発光素子１２は、電子機器からの電気信号を光信号に変換して外部に出力するためのものであり、各受光素子１３は、外部から入力された光信号を電気信号に変換して電子機器に伝送するためのものである。
【００２６】
これら各発光素子１２と各受光素子１３には、各発光素子１２からの出射光（或いは各受光素子１３への入射光）を透過するレンズ１２ａ，１３ａが一体に形成される。
【００２７】
また、基板４の表面には、発光素子１２を駆動・制御するドライバ１４が実装され、基板４の裏面には、受光素子１３で変換した電気信号を増幅するためのアンプ１５が実装される。
【００２８】
光ファイバアレイ７は、複数本（本実施例では４本）の光ファイバ７ａ（又は７ｂ）のコアを、例えば２５０μｍピッチで並列に配置して形成されたテープ状光ファイバを上下に２枚重ねて配置した合計８芯の光ファイバアレイである。光ファイバアレイ７を構成する光ファイバ７ａ，７ｂとしては、例えばコア径５０μｍのＧＩ（Grated Index）光ファイバやシングルモード光ファイバ及び分散シフト光ファイバを用いることができる。
【００２９】
図２は、光トランシーバの外観の斜視図である。
【００３０】
ケース２の一端には電子機器と電気的接続を行う基板４の一部が突出している。またケース２の他端には光ファイバアレイ７が光コネクタ８を介して光学的に接続されている。
【００３１】
図３に示すように、光コネクタ８は、直方体状のフェルール１６からなり、発光素子１２の配列間隔と同じ間隔で形成された複数（４つ）の上段孔１７と、受光素子１３の配列間隔と同じ間隔で形成された複数（４つ）の下段孔１８とを有する。
【００３２】
各上段孔１７と各下段孔１８は、それぞれ基板面に対して平行に形成されており、各上段孔１７に、光ファイバアレイ７の上側のテープ状光ファイバを構成する各光ファイバ７ａの先端を挿入し、各下段孔１８に、光ファイバアレイ７の下側のテープ状光ファイバを構成する各光ファイバ７ｂの先端を挿入したときに、各光ファイバ７ａ，７ｂの光入出射端面７００ａ，７００ｂの光軸が基板面と平行になるように保持するようになっている。
【００３３】
また、各上段孔１７と各下段孔１８との上下間隔Ｔ1は、基板４の厚さｔ1よりも大きくされる。光ファイバ７ａ，７ｂは自由に引き回せるため、発光素子１２と受光素子１３の高さ寸法、及び基板４の厚さｔ1に応じてピッチ変換（上下間隔Ｔ1）を自由に決定できる。
【００３４】
フェルール１６への光ファイバアレイ７の接続は、光ファイバアレイ７の各光ファイバ７ａ，７ｂの先端を、フェルール１６の各上段孔１７又は各下段孔１８に挿入した後、接着材を注入して固定し、各光ファイバ７ａ，７ｂの光入出射端面側のフェルール１６の端面を研磨し、各光ファイバ７ａ，７ｂの光入出射端面７００ａ，７００ｂを露出させることにより行われる。
【００３５】
光学ブロック９は、各光ファイバ７ａ，７ｂの光入出射端面７００ａ，７００ｂを発光素子１２又は受光素子１３と光結合するためのものである。光学ブロック９の構造と光結合の原理を図４で説明する。
【００３６】
図４に示すように、光学ブロック９は、水平面と４５°の角度をなす斜面９ａを有する断面略が直角三角形状に形成され、その斜面９ａで発光素子１２からの出射光或いは光ファイバ７ｂの光出射端面７００ｂからの入射光を反射させ、光ファイバ７ａの光入射端面７００ａ或いは受光素子１３へ導くことで、発光素子１２と光ファイバ７ａの光入射端面７００ａ或いは光ファイバ７ｂの光出射端面７００ｂと受光素子１３を光結合するものである。光学ブロック９は、ガラスやプラスチック及び樹脂などの光信号（波長０．８〜１．６μｍ）を透過する材料で形成される。
【００３７】
光学ブロック９の斜面９ａで、入射光（或いは出射光）が反射するのは、光学ブロック９を構成するガラスやプラスチック及び樹脂などの材料と空気の屈折率が異なるためである。
【００３８】
光学ブロック９の底面９ｂには、光素子５を収容する収容部２３が形成される。収容部２３は、アレイ状発光素子又はアレイ状受光素子が収容できるように細長に形成される。光学ブロック９を基板４の表裏面に設ける際は、光素子５を収容部２３内に収容するように基板４の表裏面に設ける。このとき、収容部２３に屈折率整合のためのＳｉ系の樹脂などを充填するようにしてもよい。
【００３９】
また、光ファイバ７ａ，７ｂの光入出射端面７００ａ，７００ｂに面する光学ブロック９の垂直面９ｃには、レンズ形成用の溝２１が形成され、この溝２１に入射光或いは出射光を集光するためのレンズ２２が光学ブロック９と一体に形成される。このレンズ２２により、発光素子１２と光ファイバ７ａの光入射端面７００ａ或いは光ファイバ７ｂの光出射端面７００ｂと受光素子１３の光結合の効率が向上する。
【００４０】
レンズ２２は、各光ファイバ７ａ又は光ファイバ７ｂの光入射端面７００ａ又は光出射端面７００ｂに面する垂直面９ｃに発光素子１２又は受光素子１３の数だけ（４つ）形成される。
【００４１】
この光トランシーバ１を用いた電気信号と光信号の相互変換を図１を用いて説明する。
【００４２】
電子機器（図示せず）からの電気信号は、電子機器に設けられた電気コネクタ（図示せず）に接続される基板４のカードエッジコネクタ１１を介してドライバ１４に伝送され、ドライバ１４により発光素子１２を駆動し、発光素子１２で光信号に変換されると共に基板面と垂直な方向（図１の紙面上方向）に出射される。
【００４３】
発光素子１２から出射された光信号は、光学ブロック９の斜面９ａで反射されてその進行方向を９０°変換され、光コネクタ８の上段孔１７に挿入された光ファイバ７ａの光入射端面７００ａに導かれ、光ファイバ７ａを通じて外部に出力される。
【００４４】
他方、下段孔１８に挿入された光ファイバ７ｂから入射された光信号は、基板面と平行に光学ブロック９に出射され、光学ブロック９の斜面９ａで反射されてその進行方向を９０°変換され、受光素子１３に導かれ、受光素子１３で電気信号に変換され、続いて増幅用ＩＣ（集積回路）であるアンプ１５にて信号増幅されて電子機器に伝送される。
【００４５】
以上の動作により、本実施の形態に係る光トランシーバ１では電気信号と光信号の相互変換が行われる。
【００４６】
本実施の形態に係る光トランシーバ１によれば、レンズ２２を有する断面が略直角三角形状の光学ブロック９を用いて、発光素子１２と光ファイバ７ａの光入射端面７００ａ（或いは光ファイバ７ｂの光出射端面７００ｂと受光素子１３）の光結合を行っているため、ミラーとレンズを別々に設ける従来の光トランシーバに比べて部品点数を少なくでき、コストの低減を図ることができる。
【００４７】
また、本実施の形態に係る光トランシーバ１によれば、基板４の表裏面に光素子５、すなわち発光素子１２と受光素子１３を別々に実装しているため、基板４の同一面にこれら発光素子１２及び受光素子１３を実装する場合に比べて、基板４の大きさを小さくでき、光トランシーバ１の小型化に貢献できる。
【００４８】
さらに、基板４の表裏面に発光素子１２と受光素子１３を別々に実装しているため、発光素子１２を駆動・制御するドライバ１４からのノイズが裏面のアンプ１５へ与えるノイズの影響を低減できる。
【００４９】
本実施の形態においては、光コネクタ８は、フェルール１６に形成された各上段孔１７と各下段孔１８に光ファイバアレイ７を構成する各光ファイバ７ａ，７ｂを挿入して形成したが、これに限定されるものではない。
【００５０】
例えば、図５に示すように、フェルール１６を上部１６ａ、本体１６ｂ、下部１６ｃに３分割し、本体１６ｂの上下面に断面が半円弧状のガイド溝５０を形成し、他方上部１６ａ及び下部１６ｃにガイド溝５０に対応する半円弧状のガイド溝５１を形成し、ガイド溝５０に各光ファイバ７ａ又は７ｂを配置し、上部１６ａと下部１６ｃとで本体１６ｂを挟み込んで光コネクタ８としてもよい。
【００５１】
また、本実施の形態においては、基板４の厚さｔ1に合わせて、各上段孔１７と各下段孔１８との上下間隔Ｔ1を調整するようにしたが、各種規格により各上段孔１７と各下段孔１８との上下間隔Ｔ1が規定されている場合がある。
【００５２】
例えば、基板４の厚さｔ1は実際には１ｍｍ程度である。しかし、インフィニバンドの規格においては、各上段孔１７と各下段孔１８との上下間隔Ｔ2が５００μｍと規定されている。このような場合には、図６に示すように、基板４の他端６側を削り、基板４の表面に段差部分４ａを形成すると共に、段差部分４ａを境にして厚みの小さい部分４ｂ（厚さｔ2（ここで、ｔ2＜Ｔ2））と厚みの大きい部分４ｃ（厚さｔ1）とを形成し、厚みの小さい部分４ｂの表裏面に、発光素子１２、受光素子１３、及び光学ブロック９を設けるようにするとよい。更に基板４ｂの表面から発光素子１２のレンズ出射点１２ａでの高さをｔ3とし、基板４ｂの裏面から受光素子１３のレンズ入射点１３ａまでの高さをｔ4としたとき、ｔ2＋ｔ3＋ｔ4＜Ｔ2とする。一例としてｔ2＝１００μｍである。これにより、規定された光コネクタを用いる場合も本発明の構造を適用することができる。
【００５３】
次に、光トランシーバ１を用いた光アクティブケーブルを説明する。
【００５４】
図７に示すように、光アクティブケーブル１００は、光ファイバアレイ７の両端に光トランシーバ１を光接続したものである。より具体的には、一方の光トランシーバ１の発光素子１２（或いは受光素子１３）と他方の光トランシーバ１の受光素子１３（或いは発光素子１２）を光ファイバアレイ７の各光ファイバ７ａ，７ｂを介して光接続したものである。
【００５５】
この光アクティブケーブル１００を用いて電子機器間を接続することで、電子機器間で光ファイバアレイ７を介して双方向の光通信を行うことができる。
【００５６】
光アクティブケーブル１００によれば、本発明の光トランシーバ１を用いているため、光素子５と光ファイバアレイ７との光結合の効率を向上させつつ部品点数を少なくでき、コストの低減を図ることができる。
【００５７】
本願発明は上記実施例に限定されるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５８】
１  光トランシーバ
２  ケース
３  基板の一端
４  基板
５  光素子
６  基板の他端
７  光ファイバアレイ
８  光コネクタ
９  光学ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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